DE10211810A1 - Reducing organic and inorganic pollutants in exhaust gases and waste air comprises feeding exhaust gas stream onto adsorber/catalyst, separating exhaust gas stream from adsorber and connecting to circulating system - Google Patents

Reducing organic and inorganic pollutants in exhaust gases and waste air comprises feeding exhaust gas stream onto adsorber/catalyst, separating exhaust gas stream from adsorber and connecting to circulating system

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Abstract

Reducing organic and inorganic pollutants in exhaust gases and waste air comprises feeding the exhaust gas stream onto an adsorber/catalyst monitored for its load, separating the exhaust gas stream from the adsorber when the charge state is below the maximum charge of the exhaust gas stream, and connecting to a circulating system. The circulating system consists of the adsorber/catalyst, a plasma generator, optionally a gas heater, and a measuring system for measuring the pollutant content of the circulating gas. After the gas has passed through the circulating system several times, the system is opened to indicate the absence of pollutants, the purified exhaust gas ejected and a new cycle of charging, purifying and ejection connected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren das zur Minderung der Schadstoffe in Abluftströmen eingesetzt werden kann, insbesondere zur Reinigung der Abluftströme beim Plasma- oder Laserschneiden von organischen Materialien. Darüber hinaus kann die Erfindung auch überall da eingesetzt werden, wo mit organischen Schadstoffen beladene Abluftströme auftreten. The invention relates to a method for reducing the pollutants in Exhaust air flows can be used, especially for cleaning the Exhaust air flows when plasma or laser cutting organic materials. In addition, the invention can also be used wherever with exhaust air flows laden with organic pollutants occur.

Bei der Wahl der einzusetzenden Verfahren zur Schadstoffminderung sind neben der Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerte die vorliegende Schadstoffkonzentration sowie die zur Schadstoffbeseitigung aufzubringenden Investitions- und Betriebskosten wichtige Kriterien. When choosing the methods to be used to reduce pollutants, compliance with the legally prescribed emission values Concentration of pollutants and those that have to be applied to remove pollutants Investment and operating costs are important criteria.

Zur Abluftreinigung von Laserschneidanlagen für organische Materialien kommen, wenn überhaupt, derzeit nur sorptive bzw. katalytische Verfahren zum Einsatz. For exhaust air cleaning of laser cutting systems for organic materials only sorptive or catalytic processes are currently used, if at all Commitment.

Beim Einsatz von (Aktivkohle)filtern werden die Schadstoffe an der Oberfläche grenzflächenaktiver Feststoffe gebunden. Bei Erreichen der Sättigungsbeladung muß das Filter gewechselt werden. Das Auftreten von Aerosolen führt sehr schnell zum Verkleben der aktiven Oberflächen und somit zur Verringerung der Leistungsfähigkeit des Abluftreinigungsprozesses infolge steigender Druckverluste und kürzerer Standzeiten. Die Anwendung der Adsorption zur Abluftreigung stellt, da keine Rückgewinnung erfolgt, eine Problemverlagerung auf ein anderes Medium dar. Das Adsorbens muß (kostenpflichtig) entsorgt werden. When using (activated carbon) filters the pollutants on the surface surfactant solids bound. When the saturation load is reached the filter must be changed. The appearance of aerosols leads a lot quickly to glue the active surfaces and thus to reduce the Efficiency of the exhaust air purification process due to increasing Pressure losses and shorter downtimes. The application of adsorption Exhaust air purification poses a problem because there is no recovery to another medium. The adsorbent must be disposed of (for a fee) become.

Eine katalytische Oxidation erfordert geeignete Katalysatoren und - falls keine Wärmerückgewinnung erfolgt - einen Energieaufwand, der den der Laseranlage deutlich übersteigt. Bei Wärmerückgewinnung ergeben sich hohe Anlagekosten und ein großer Platzbedarf für die erforderlichen Wärmeaustauscher. Bei einer komplexen Abgasmatrix, wie sie bei Emissionen aus Kunststoff- Laserschneidanlagen vorliegt, werden die organischen Abgasbestandteile unterschiedlich gut oxidiert. Bestimmte Substanzen wirken als Katalysatorgifte. Die Aerosole führen zu einer Verklebung der katalytisch wirksamen Oberfläche, der Katalysator wird deaktiviert. All das führt zu einer geringen Standzeit der eingesetzten Kontakte und damit zu hohen Betriebskosten. Catalytic oxidation requires suitable catalysts and - if not none Heat recovery takes place - an energy expenditure that the laser system significantly exceeds. Heat recovery results in high system costs and a large space requirement for the required heat exchangers. At a complex exhaust gas matrix, as is the case with emissions from plastic Laser cutting systems exist, the organic exhaust gas components differently oxidized. Certain substances act as catalyst poisons. The aerosols cause the catalytically active surface to stick together, the catalyst is deactivated. All of this leads to a short service life of the used contacts and thus high operating costs.

In jüngster Zeit sind aus diesen Gründen alternative reinigungsverfahren vorgeschlagen worden, bei denen ein zusätzliches Oxidationsmittel wie z. B. Wasserstoffperoxid (DE 43 05 344 A1) oder Ozon dem Gas beigemischt wird, um die Oxidation der Schadstoffe zu erleichtern. For these reasons, there have recently been alternative cleaning methods have been proposed in which an additional oxidizing agent such. B. Hydrogen peroxide (DE 43 05 344 A1) or ozone is added to the gas, to facilitate the oxidation of pollutants.

Insbesondere wird bei der Abgasreinigung mittels Ozon das erzeugte Ozon kontinuierlich auf den Adsorber gegeben. Die Ozonzugabe erfolgt dabei über einen Nebenstrom oder der Hauptstrom wird umgeschaltet (quasikontinuierliche Arbeitsweise). Dabei wird ein großer Teil des Ozons, das nicht an der Umsetzung beteiligt war, während der Reinigungsphase des Adsorbers mit abgeführt, die Energiebilanz des Gesamtprozesses verschlechtert sich. In particular, the ozone generated during exhaust gas purification using ozone continuously placed on the adsorber. The ozone is added via a secondary flow or the main flow is switched (quasi-continuous Operation). Thereby a large part of the ozone is not involved in the implementation was involved in the cleaning phase of the adsorber, which led away The energy balance of the overall process deteriorates.

So ist z. B. aus der EP 778 070 ein Verfahren bekannt, bei dem der gesamte Abgasstrom einer energetischen Anregung durch UV-Strahlung bestimmter Wellenlänge ausgesetzt wird. Dabei entstehen angeregte Spezies wie z. B. Radikale und Ozon, die zu einem partiellen Abbau der Schadstoffe in der Gasphase führen. In einem nachgeschalteten Kontakt werden dann die Kohlenwasserstoffe durch das im Überschuß vorhandene Ozon zu CO2 und Wasser oxidiert. Um einen ausreichenden Abbau zu erreichen muß das Ozon im Überschuß vorliegen. In dieser Lösung gewährleistet der Kontakt andererseits die vollständige Umwandlung des überschüssigen Ozons in Sauerstoff, wodurch ein Austritt des giftigen Ozons in die Atmosphäre verhindert wird. So z. B. from EP 778 070 a method is known in which the entire exhaust gas stream is subjected to energetic excitation by UV radiation of a certain wavelength. This creates excited species such. B. radicals and ozone, which lead to a partial degradation of the pollutants in the gas phase. In a subsequent contact, the hydrocarbons are then oxidized to CO 2 and water by the excess ozone. In order to achieve sufficient degradation, the ozone must be in excess. In this solution, on the other hand, the contact ensures the complete conversion of the excess ozone into oxygen, which prevents the toxic ozone from escaping into the atmosphere.

Nachteilig ist hierbei, daß die gesamte Abgasmenge durch die Anregungseinheit geleitet wird, was die Gefahr der Verunreinigung - insbesondere der UV-Lampen - und der Verstopfung birgt. Außerdem wird zur Erzeugung des im Überschuß notwendigen Ozons, das wegen der Strömungsgeschwindigkeiten zwar gebraucht, aber anschließend wieder vernichtet wird, ein erheblicher Energieaufwand benötigt. The disadvantage here is that the total amount of exhaust gas by the excitation unit is directed what the risk of contamination - especially of UV lamps - and the constipation hides. It will also produce excess necessary ozone because of the flow velocities used, but then destroyed again, a considerable Energy expenditure required.

In der DE 197 30 462 wird ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen von chlorhaltigen Kohlenwasserstoffen beschrieben, demzufolge dem Abgasstrom eine ausreichende Menge Ozon zugefügt wird, um damit die in einem nachfolgenden Filter zurückgehaltenen Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid zu oxidieren. Um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit zu gewährleisten, wird dabei ein Ozonüberschuß im Abluftstrom und eine Temperatur von 100-250°C eingestellt. Nachteilig ist auch hierbei wieder, daß das zunächst mit hohem Energieaufwand hergestellte Ozon abschließend wieder vernichtet wird. Außerdem muß hierbei der gesamte Luftstrom auf die hohe Reaktionstemperatur gebracht werden um eine ausreichende Reinigung zu erzielen, was wiederum einen hohen Enegieaufwand und eine ungünstige Energiebilanz verursacht. DE 197 30 462 describes a process for cleaning exhaust gases from chlorine-containing hydrocarbons, therefore the exhaust gas flow a sufficient amount of ozone is added to allow the subsequent filter retained hydrocarbons to carbon dioxide oxidize. To ensure a sufficient reaction speed, there is an excess of ozone in the exhaust air stream and a temperature of 100-250 ° C set. Again, it is disadvantageous that the first with high energy expenditure produced ozone is finally destroyed again. In addition, the entire air flow must be at the high reaction temperature brought to achieve sufficient cleaning, which in turn causes a high energy expenditure and an unfavorable energy balance.

Es war also Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, das bei hoher Effizienz des Energieeinsatzes, großer Standzeit/Lebensdauer der Gerätekomponenten und möglichst geringem apparativen/investmäßigen Aufwand eine effektive Reinigung von Abgasen mit komplexen organischen Belastungen realisiert. It was therefore an object of the invention to provide a method which is highly effective Efficiency of energy use, long service life / lifespan of the Device components and as little equipment / investment as possible Effective cleaning of exhaust gases with complex organic Loads realized.

Erfindungsgemäß wurde dazu ein Verfahren entwickelt, das sich durch folgende Schritte auszeichnet:
Der Abgasstrom wird auf einen Adsorber geleitet, wo sich die enthaltenen Schadstoffe anlagern. According to the invention, a method was developed for this, which is characterized by the following steps:
The exhaust gas flow is directed to an adsorber, where the pollutants it contains accumulate.

Dieser Adsorber kann als anorganischer, poröser Feststoff in Form von Granulat oder Split ausgebildet sein, der ein großes Aufnahmevermögen für die abzuscheidenden Schadstoffe hat und damit als Filter geeignet ist. This adsorber can be an inorganic, porous solid in the form of granules or split, which has a large capacity for the has to be separated pollutants and is therefore suitable as a filter.

Gleichfalls kann dieser Adsorber ein Ozon-Spalt-Katalysator sein, d. h. ein Feststoff mit hoher Spaltaktivität für Ozon. Likewise, this adsorber can be an ozone-gap catalyst, i. H. on Solid with high fission activity for ozone.

Der Adsorber kann silikatische und/oder zeolithische Bestandteile enthalten. Die aktive Katalysatorkomponente kann auch auf einem Träger mit großer Oberfläche z. B. einem Metalloxid in Granulatform oder einem monilithischen Wabenkörper aufgebracht sein. The adsorber can contain silicate and / or zeolite components. The active catalyst component can also be supported on a large Surface z. B. a metal oxide in granular form or a monilithic Honeycomb body can be applied.

Dabei wird mittels einer geeigneten Meßvorrichtung überwacht, daß der Adsorber/Katalysator nicht bis zur maximal möglichen Beladung, sondern nur bis etwa zur Hälfte mit Schadstoffen beaufschlagt wird. Ist dieser Punkt erreicht, wird der Schadstoffstrom unterbrochen und ein Kreislaufsystem wird dem Adsorber zugeschaltet. It is monitored by means of a suitable measuring device that the Adsorber / catalyst not up to the maximum possible load, but only up to about half of which is contaminated. When this point is reached the pollutant flow is interrupted and a circulatory system becomes the Adsorber switched on.

Dieses Kreislaufsystem enthält neben dem Adsorber einen Plasmagenerator und gegebenenfalls einen geeigneten Katalysator (sofern nicht schon der Adsorber mit katalytischen Eigenschaften ausgestattet ist) sowie bei Bedarf einen Gasheizer. Im Kreislauf reagieren die im Plasmagenerator erzeugten aktiven Spezies (z. B. Ozon) und Radikale sowohl in der Gasphase als auch am Katalysator mit den Schadstoffmolekülen unter Bildung von Wasser und Kohlendioxid. In addition to the adsorber, this circulatory system contains a plasma generator and if necessary, a suitable catalyst (if not already the adsorber is equipped with catalytic properties) and one if necessary Gas heater. The active ones generated in the plasma generator react in the circuit Species (e.g. ozone) and radicals both in the gas phase and on Catalyst with the pollutant molecules with the formation of water and Carbon dioxide.

Der Abbau der Schadstoffe erfolgt dabei bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 250°C, vorzugsweise zwischen 100°C und 150°C. The degradation of the pollutants takes place at temperatures between Room temperature and 250 ° C, preferably between 100 ° C and 150 ° C.

Nach einer endlichen Zahl von Kreisläufen, wenn die am Kreislauf angeschlossene Meßeinrichtung für den Schadstoffgehalt die Abwesenheit der zu behandelnden Schadstoffe im Kreislauf anzeigt, wird der Kreislauf geöffnet und die gereinigte Abluft ausgelassen. After a finite number of cycles, if those on the cycle connected measuring device for the pollutant content the absence of indicates treating pollutants in the circuit, the circuit is opened and the cleaned exhaust air is discharged.

Der durch die Oxidation verbrauchte Sauerstoff wird dem Kreislaufsystem kontinuierlich oder diskontinuierlich in Form von Luft, reinem Sauerstoff oder Ozon zugesetzt. The oxygen consumed by the oxidation becomes the circulatory system continuously or discontinuously in the form of air, pure oxygen or Added ozone.

Das durch Oxidation entstandenen CO2 wird mit der Abluft freigesetzt, es kann aber auch in Form von Karbonat gebunden werden, indem das CO2 durch chemische Bindung in Karbonat umgesetzt wird. In diesem Fall trägt es nicht zur Erhöhung der Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre bei. The CO 2 created by oxidation is released with the exhaust air, but it can also be bound in the form of carbonate by converting the CO 2 into carbonate through chemical bonding. In this case, it does not help to increase the concentration of the greenhouse gas carbon dioxide in the atmosphere.

Anschließend beginnt einer neuer Zyklus von Beladung/Adsorption der Schadstoffe am Adsorber, Umsetzung der adsorbierten Schadstoffe/Oxidation im Kreislaufsystem mittels der im Plasmagenerator erzeugten oxydierenden Spezies und Ausstoß der gereinigten Abluft. Then a new cycle of loading / adsorption begins Pollutants on the adsorber, implementation of the adsorbed pollutants / oxidation in the Circulatory system using the oxidizing species generated in the plasma generator and discharge of the cleaned exhaust air.

Durch die Verfahrensweise, die aktiven Spezies über den Katalysator wieder zum Plasmagenerator zurückzuführen, ist erstens bei jedem Durchlauf nur eine geringe Menge neuer aktiver Spezies zuzufügen, da der nicht am Adsorber/Katalysator umgesetzte Anteil wieder zurückgeführt wird, d. h. nur der umgesetzte Anteil durch den Plasmagenerator zu ersetzen ist. Vorteilhaft ist desweiteren, daß gegenüber den notwendigerweise mit Ozonüberschuß arbeitenden bekannten Verfahren durch diese Fahrweise der Ozongehalt im Kreislauf gering gehalten werden kann und kein Ozon, das selbst wiederum als Luftschadstoff anzusehen ist, mit der gereinigten Abluft ausgestoßen wird. Zweitens wird der größte Teil der Prozeßwärme, die zur Einleitung des katalytischen Prozesses erforderlich ist und die mit hohem Energieaufwand erzeugt wird, ebenfalls im Kreislauf geführt und geht somit nicht verloren. Es muß stets nur ein geringes Volumen auf die Katalysatortemperatur aufgeheizt werden. Damit weist das Verfahren eine deutlich günstigere Energiebilanz als die Verfahren des Standes der Technik auf. By the procedure, the active species over the catalyst back to First of all, tracing the plasma generator is only one for each run add a small amount of new active species because the Adsorber / catalyst converted portion is returned again, d. H. only the converted portion is to be replaced by the plasma generator. It is advantageous furthermore that compared to those necessarily with excess ozone known methods working through this way of driving the ozone content in Cycle can be kept low and no ozone, which in turn as Air pollutants can be seen with which cleaned exhaust air is expelled. Second, most of the process heat used to initiate the catalytic process is required and the high energy consumption is also circulated and is therefore not lost. It only a small volume has to be heated to the catalyst temperature become. The process thus has a significantly more favorable energy balance than that Prior art methods.

Claims (9)

1. Verfahren zur Minderung organischer und anorganischer Schadstoffe in Abgasen und Abluft, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftstrom auf einen bezüglich seiner Beladung überwachten Adsorber/Katalysator geführt wird, bei Erreichen eines Beladungszustandes unterhalb der Maximalbeladung der Abluftstrom vom Adsorber getrennt und ein Kreislaufsystem zugeschaltet wird, wobei der Kreislauf aus dem Adsorber/Katalysator, einem Plasmagenerator und, falls erforderlich, einem Gasheizer sowie einer angeschlossener Meßeinrichtung für den Schadstoffgehalt des Kreislaufgases besteht, daß nach mehreren Durchläufen des Gases durch den Kreislauf bei Indikation von Abwesenheit von Schadstoffen der Kreislauf geöffnet und die gereinigte Abluft ausgestoßen wird und sich eine neuer Zyklus von Beladung, Reinigung und Ausstoß anschließt. 1. A method for reducing organic and inorganic pollutants in exhaust gases and exhaust air, characterized in that the exhaust air stream is guided to an adsorber / catalyst monitored for its load, the exhaust air stream is separated from the adsorber when a load state is reached below the maximum load and a circulation system is activated, the circuit consisting of the adsorber / catalyst, a plasma generator and, if necessary, a gas heater and a connected measuring device for the pollutant content of the cycle gas, that after several passes of the gas through the cycle, the absence of pollutants, the circuit is opened and the cleaned Exhaust air is expelled and a new cycle of loading, cleaning and exhaust follows. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorber/Katalysator ein anorganischer, poröser Feststoff in Form von Granulat oder Split verwendet wird, der ein hohes Aufnahmevermögen für die abzuscheidenden Schadstoffe hat. 2. The method according to claim 1, characterized in that as Adsorber / catalyst is an inorganic, porous solid in the form of Granulate or split is used, which has a high absorption capacity for the has to be separated pollutants. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorber/Katalysator ein Feststoff mit hoher Spaltaktivität für Ozon (Ozon- Spalt-Katalysator) verwendet wird. 3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that as Adsorber / catalyst is a solid with high cleavage activity for ozone (ozone Gap catalyst) is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff silikatische und/oder zeolithische Bestandteile enthält. 4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the solid contains silicate and / or zeolite components. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Katalysatorkomponente auf einem Träger mit großer Oberfläche, z. B. auf einem Metalloxid in Granulatform oder in einem monolithischen Wabenkörper aufgebracht ist. 5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the active Catalyst component on a large surface area support, e.g. B. on a metal oxide in granular form or in a monolithic honeycomb body is applied. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau der Schadstoffe auf dem Filtermaterial bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 250°C, vorzugsweise zwischen 100 und 150°C erfolgt. 6. The method according to claim 1 and 5, characterized in that the degradation of pollutants on the filter material at temperatures of Room temperature to 250 ° C, preferably between 100 and 150 ° C. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Oxidation verbrauchte Sauerstoff kontinuierlich oder diskontinuierlich in Form von Luft oder reinem Sauerstoff oder Ozon ersetzt wird. 7. The method according to claim 1 and 6, characterized in that the by the oxidation consumed oxygen continuously or discontinuously Form of air or pure oxygen or ozone is replaced. 8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Oxidation entstandene Kohlendioxid kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Kreislauf entfernt wird. 8. The method according to claim 1 and 7, characterized in that the the oxidation of carbon dioxide produced continuously or discontinuously is removed from the circuit. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Oxidation entstandene Kohlendioxid durch chemische Bindung als Karbonat aus dem Kreislauf entfernt wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that that by the Oxidation created carbon dioxide through chemical bonding as carbonate is removed from the circuit.
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