DE1619850B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verbrennbaren dampf- oder gasf¦rmigen Verunreinigungen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinluftseite gelangen, muß eine zusätzliche Aufzur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von ver- heizung des Gasgemisches erfolgen, welche die Verbrennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigun- brennung unterstützt. Man versuchte deshalb, die Abgen mit Hufe von Sorptionsfiltern und eine zur gaswärme durch Wärmetauscher für den Verbren-Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vor- 5 nungsvorgang zurückzugewinnen und durch Zusatzrichtung, heizungen zusätzliche Wärme zuzuführen. Hierdurch

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden derartige Vorrichtungen aber so aufwendig, zur Reinigung der Luft oder anderer Trägergase war daß sich mit den bisherigen katalytischen Nachveres bisher nur mit großen Schwierigkeiten oder einem brennungsanlagen die Beseitigung dieser meist schädnicht mehr vertretbaren Aufwand möglich, schädliche ίο liehen oder übelriechenden Luftverunreinigungen gas- oder dampfförmige Stoffe zu entfernen oder zu unterhalb einer Konzentration von hundert Millivernichten. Man versuchte zwar zunächst," sich dieser gramm je Normalkubikmeter nicht mehr lohnt. Somit Stoffe, welche beispielsweise in großen Mengen durch gibt es bisher in dem Konzentrationsbereich zwischen unvollständige Verbrennungsvorgänge anfallen, durch fünf und hundert Milligramm je Normalkubikmeter starke Verdünnung mit der atmosphärischen Luft zu 15 Luft keine zufriedenstellende Lösung für die Beseitientledigen, wozu beispielsweise in ortsfesten Anlagen gung von verbrennbaren Luftverunreinigungen,
auch das Ausstoßen in höhere Luftschichten gehört. Dieser Übelstand wird beim vorliegenden Verfahren Man hatte damit aber keine grundsätzliche Lösung zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verdieses Problems gefunden, weil eine starke Ver- brennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigundünnung mit der atmosphärischen Luft oder das Aus- 20 gen mit HiKe von Sorptionsfiltern dadurch beseitigt, stoßen in höhere Luftschichten zwar in einsamen und daß diese Filter nach Erreichen einer gewissen Bewindreichen Gegenden hingenommen werden kann, ladung mit den verbrennbaren Verunreinigungen im nicht aber in besonders windstillen Gegenden, die Gegenstrom anfangs mit aufgeheizter Luft desorbiert, vorwiegend dicht besiedelt sind, und in denen der- das Desorbat in einer katalytischen Nachverbrenartige Luftverunreinigungen in größeren Mengen an- 35 nungsanlage verbrannt und ein Teil des Gemisches fallen. Außerdem ist es beispielsweise bei Straßen- aus Luftresten und verbranntem Desorbat so lange fahrzeugen mit Verbrennungsmaschinen nicht mög- wieder durch das Sörptionsfilter geführt wird, bis lieh, die Abgase in höhere Luftschichten auszustoßen. dessen Beladung so weit zurückgegangen ist, daß es Somit kann die Verunreinigung der Luft in Erdboden- wieder zur Reinigung des Luft- oder Gasstromes nähe manchmal Ausmaße annehmen, die für die 30 eingesetzt werden kann, wobei mindestens zwei Sorbmenschliche Gesundheit bedrohlich sind. Die Zu- tionsfilter wechselweise beladen werden und mit dem sammensetzung solcher Luftverunreinigungen kann Gemisch aus verbranntem Desorbat und Luftresten sehr unterschiedlich sein, ihre schädlichsten Anteile desorbiert wird.

sind aber vorzugsweise verbrennbare Gase und Zweckmäßigerweise enthält das Sorbtionsfilter

Dämpfe; man sieht es bereits als Lösung dieses 35 Aktivkohle als Sorptionsmaterial.

Problems an, wenn wenigstens die verbrennbaren Be- " ' . Eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße

standteile beseitigt werden. Verfahren durchgeführt werden kann, ist in der Ab-

Zur Bekämpfung, insbesondere dieser noch ver- bildung schematisch dargestellt. Sie ist besonders brennbaren Verunreinigungen versuchte man bisher, durch einen Desorptions-Verbrennungskreis gekennsie entweder- durch Sörptionsfilter, wie z.B. Aktiv- 40 zeichnet, in dem eine durch eine Sauerstoffmeßvorkohlefilter, abzufangen oder sie durch eine Nachver- richtung 4 gesteuerte Mischkammer 7, ein Ventilabrennung in unschädliche Stoffe überzuführen, wobei tor 9, eine durch einen Temperaturfühler 5 gesteuerte z.B. im Idealfall reine Kohlenwasserstoffe restlos in Heizvorrichtung6 und ein Kontaktofen3 in Reihe Kohlendioxid und Wasser verbrannt werden. Man und durch die Ventilpaare 41, 71 bzw. 42, 72 abversuchte dabei auch, die Verbrennungstemperaturen 45 wechselnd über eines der Sorptionsfilter 1 oder 2, durch die Anwendung von Katalysatoren herab- welche die Ventilpaare 21, 22 bzw. 11, 12 von dem zusetzen. Beide Verfahren haben bisher aber nicht zu zu reinigenden Luft- oder Gasstrom abgetrennt sind, dem erstrebten Ziel geführt, weil in beiden Fällen die zu einem geschlossenen Apparatekreis geschaltet ist, Beseitigung der belästigenden Gase oder Dämpfe nur der ein federbelastetes Überdruckventil43 zumDruckmit einem nicht mehr vertretbaren Aufwand möglich 50 ausgleich gegen die Außenluft und einen regelbaren ist. Man hält die Verwendung von Aktivkohlefiltern Verbrennungsluftzutritt zur Mischkammer 7 besitzt, allein beispielsweise nur dann für wirtschaftlich ver- Die temperaturgesteuerte Heizvorrichtung 6 kann tretbar, wenn die Konzentration der Verunreinigungen mit Ölbrennern, elektrischen Heizregistern od. dgl. fünf Milligramm je Normalkubikmeter nicht über- ausgerüstet sein.

steigt, weil bei höheren Konzentrationen die Filter- 55 Bei Inbetriebnahme der Anlage sind zunächst nur substanz zu schnell erschöpft ist. Dagegen ist selbst zwei Ventile, beispielsweise die Ventile 21 und 22 eine Nachverbrennung der verbrennbaren Luftver- geöffnet, so daß der zu reinigende Luftstrom durch unreinigungen bei Anwendung von Katalysatoren nur das Filter 2 strömen kann, welches die gas- oder dann wirtschaftlich, wenn der Anteil dieser Verun- dampfförmigen Verunreinigungen aufnimmt. Zur Erreinigungen nicht kleiner als hundert Milligramm je 60 zeugung oder zur Verstärkung dieses Luftstromes Normalkubikmeter Luft ist. Das liegt daran, daß bei kann ein Ventilator 8 dienen, sofern andere Luftkleineren Konzentrationen die freiwerdende Wärme- förderer fehlen oder zu leistungsschwach sind,
menge der-verbrennenden Gasanteile nicht mehr aus- Sobald die Aufnahmefähigkeit des Filters erschöpft reicht, um alle beim Verbrennungsvorgang beteiligten ist, wird umgeschaltet. Die Ventile 11 und 12 werden Stoffe auf die erforderliche Reaktionstemperatur auf- 65 geöffnet und die Ventile 21 und 22 geschlossen. Die zuheizen. zu reinigende Luft strömt nun durch das Filter 1. Das

Um aber zu verhindern, daß bei zu geringen Gas- Filter 2 kann jetzt durch Öffnen der Ventile 42 und

gemischtemperaturen unverbrannte Gasbestandteile 72 in den Desorptions-Verbrennungskreis eingeschal-

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tet und regeneriert werden. Hierzu werden der Venti- während frische Verbrennungsluft zugemischt werden lator 9, die von der Sauerstoffmeßyorrichtung 4 ge- und überschüssiges Gas entweichen, andererseits kann steuerte Verbrennungsluftzumischung und die vom aber ein gefährlicher innerer Überdruck nicht aufTemperaturfühler 5 gesteuerte. Heizvorrichtung 6 in treten, auch z. B. nicht beim Beginn des Verbren-Betrieb genommen. Da sich im Desorptions-Verbren- 5 nungsvorgänges im Kontaktofen,
nungskreis zunächst normale kalte Luft befindet, wird Da beim Verbrennen der absorbierten Gase, welan der Sauerstoffmeßstelle 4 der normale Sauerstoff- ehe nach und nach mit der steigenden Temperatur gehalt der Luft, an der Temperaturmeßstelle 5 aber aus der Filterkohle ausgetrieben und anschließend im eine zu geringe Temperatur gemessen. In der Misch- Kontaktofen 3 verbrannt werden, Wärme entsteht, kammer 7 wird deshalb keine Luft zugemischt, die io wird der Desorptions-Verbrennungskreis hierdurch Heizvorrichtung schaltet sich aber ein und heizt den noch zusätzlich zur Heizvorrichtung 6 aufgeheizt. Der vom Ventilator 9 entfachten Luftstrom so lange auf, Desorptionsvorgang kann möglicherweise allein mit bis die notwendige Verbrennungstemperatur für den dieser Verbrennungswärme aufrechterhalten werden, Kontaktofen 3 erreicht ist. Hierbei gibt der in der solange in ausreichender Menge brennbares Gas aus Heizvorrichtung aufgeheizte Luftstrom zwar zuerst 15 dem Filter ausgetrieben wird. Dadurch wird zusätzseine Wärme an den Kontaktofen 3 ab, er erhitzt aber liehe Heizenergie gespart. An dieser Wärmeentweinachfolgend auch alle anderen berührten Teile. So- chung könnte man aber auch erkennen, wann und mit wird durch diese Art der Temperaturerhöhung wie lange der Desorptions-Verbrennungsvorgang die Vorbereitung des Kontaktofens auf den Ver- stattfindet, insbesondere, wenn man noch besondere brennungsvorgang bevorzugt und der Beginn der 20 Temperaturmeßvorrichtungen vor und hinter dem Desorption im miterhitzten Filter etwas zögernd Kontaktofen 3 anordnen würde. Da die Temperaturbewirkt, anzeigen aber von vielen Dingen, wie z. B. Aufheiz-

An die durchströmende Luft, die nun stetig auf- und Abklingvorgängen, Menge und Art des desorgeheizt wird, werden die bisher in Filter 2 eingefan- bierten und verbrannten Gases usw. abhängig ist, genen brennbaren Gase und Dämpfe mit der steigen- 25 wird sie nicht für die Steuerung des Desorptions-Verden Temperatur wieder abgegeben, zum Kontakt- brennungsprozesses benutzt. Hierfür dient erfindungsofen 3 transportiert und dort katalytisch verbrannt. gemäß die Sauerstoffmeßvorrichtung 4, welche nur Ein solcher Kontaktofen enthält im wesentlichen einen eine Meßgröße, die Sauerstoffkonzentration benutzt Katalysator, der eine möglichst hohe Oberfläche be- und damit die Verbrennungsluftzufuhr in der Mischsitzen soll. Als Katalysatoren kommen insbesondere 30 kammer 7 steuert und diese z. B. beendet, wenn der Edelmetalle, z. B. Platin oder auch Nickel auf metalli- Desorptions-Verbrennungsvorgang abgeschlossen ist sehen Trägern oder auf keramischen Trägern, oder und kein Sauerstoff mehr benötigt wird. Infolge der Unedelmetalloxide, z. B. Vanadiumpentoxid, Kupfer- Anordnung der Sauerstoffmeßstelle in Strömungsoxid auf oxidischen Trägern, wie z. B. Aluminium- richtung gleich hinter dem Kontaktofen wird außeroxid, oder Metall-Legierungen in Betracht. Der 35 dem in kürzester Zeit angezeigt, ob eine Frischluft-Träger besitzt dabei im allgemeinen die Form von zufuhr erforderlich ist oder nicht. Mit der Mischluft-Netzen oder Kugeln, um hohe Oberflächen zu errei- kammer könnte also auch noch eine Anzeigevorrichchen. Beispielsweise wird bei Phenol als zu verbren- tung verbunden sein, welche anzeigt, v/ann derDesorpnendem Stoff ein Edelmetalloxidkatalysator verwendet, tionsvorgang beendet ist,

und es wird im Kontaktofen eine Temperatur von 40 Nach Beendigung des Desorbtions-Verbrennungsetwa 500° C eingehalten, bei einem Sauerstoffüber- Vorganges ist das Filter wieder betriebsfertig und schuß von weniger als 2 Volumenprozent während kann zu jeder Zeit wieder durch die notwendigen der Verbrennung. Hierbei wird der vorhandene Sauer- Ventilumstellungen in den Rohluftstrom eingeschaltet stoff verbraucht. An der Meßstelle 4 wird deshalb im werden. Das muß spätestens geschehen, wenn das Verlauf des Desorptions-Verbrennungsvorganges von 45 Filter, welches bis dahin in den Rohluftstrom eingeirgendeinem Zeitpunkt an eine zu kleine Sauerstoff- schaltet war, erschöpft ist, und kann auch ohne Unterkonzentration gemessen und in der Mischkammer 7 brechung des zu reinigenden Luftstromes erfolgen, von diesem Augenblick an so lange frische Verbren- wenn zuerst das regenerierte Filter in den zu reinigennungsluft zugemischt, bis an der Meßstelle 4 wieder den Luftstrom und dann das erschöpfte Filter aus die richtige Sauerstoffmenge im Gasgemisch vorliegt. 50 diesem Luftstrom in den Desorptions-Verbrennungs-Die Sauerstoffkonzentration wird aber im weiteren kreis geschaltet wird.

Verlauf des Verfahrens sehr klein gehalten, um zu Da die Gesamtzeit, die für die Regenerierung eines

verhindern, daß im Filter größere Aktivkohleverluste erschöpften Filters benötigt wird, durchschnittlich

durch Kohleabbrand entstehen. sehr kurz gegen die Zeit sein wird, in der es wieder

Während des Desorptions-Verbrennungsvorganges. 55 erschöpft ist, wird man den Desorptions-Verbren-

erfolgen neben den chemischen Umsetzungen auch nungskreis nach jeder beendeten Regenerierung eines

physikalische Veränderungen des im Kreislauf ein- Filters wieder abstellen können. Aus diesem Grunde

geschlossenen Gasgemisches, insbesondere auch wird im Vergleich zu den bisher bekannten Nachver-

Druck- oder Volumenvergrößerungen. Um zu verhin- brennungsanlagen nur sehr wenigEnergie verbraucht,

dem, daß ein größerer Überdruck des eingeschlosse- 60 Außerdem wird auch kein Wärmeaustauscher benö-

nen Gasgemisches entsteht, ist ein vorzugsweise feder- tigt, und es brauchen nicht, wie bei den bisherigen

belastetes Ventil 43 vorgesehen, welches sich bei Filtervorrichtungen, die erschöpften Filterzellen,

innerem Überdruck öffnet. Völumenmäßig über- durch neue ersetzt zu werden.

schüssiges Gas oder Gasgemisch, das beim Aufheizen Die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung

beim Verbrennungs- und Desorptionsvorgang oder 65 erstreckt sich auf alle bisher bekannten Fälle zur

bei der Zumischung frischer Verbrennungsluft an- Beseitigung brennbarer, lästiger oder schädlicher

fällt, kann entweichen, sobald der Innendruck das dampf- oder gasförmiger Verunreinigungen der Luft

Ventil 43 öffnet. Somit kann einerseits auch fort- oder anderer Trägergase. Besonders vorteilhaft ist es,

daß der getrennte Desorptions-Verbrennungskreis unabhängig von dem zu reinigenden Trägergas mit normaler Verbrennungsluft oder auch, mit anderen sauerstofEhaltigen Gasen betrieben werden kann. Auch die Konzentration der lästigen oder schädlichen Verunreinigungen in ihren Trägergasen ist insofern von untergeordneter Bedeutung, als hierdurch lediglich die Zeit festgelegt wird, nach der jeweils ein Filter wieder regeneriert werden muß. Somit können auf Grund der vorliegenden Erfindung derartige Verunreinigungen auch in solchen Konzentrationen aus der Luft oder aus anderen Trägergasen entfernt werden, in denen dies bisher mit wirtschaftlich vertretbaren Mitteln nicht möglich war.

An Stelle von zwei Adsorptionsfiltern, welche in dem Ausführungsbeispiel geschildert sind, kann man auch drei oder mehr Filter benutzen, welche jeweils abwechselnd aus dem Rohluftstrom herausgenommen und regeneriert werden können. Man könnte für die Schaltvorgänge auch an sich bekannte Umschaltvorrichtungen verwenden, welche beispielsweise nach einem bestimmten Zeitablauf oder etwa nach einem bestimmten Volumendurchsatz jeweils automatisch der Reihe nach eines der Sorptionsfilter aus dem Rohluftstrom ausschalten, der Regenerierung unterziehen und wieder in den Rohluftstrom zurücksehalten. Hier könnte beispielsweise die Sauerstoffmeßvorrichtung mit als Hilfsmittel für dieSteuerung des Desorptions-Verbrennungsprozesses benutzt werden. Man könnte auch an Stelle von Ventilen leichter zu betätigende Absperrorgane, wie z. B. Umschaltklappen^ Schieber od. dgl, benutzen, diese mit ferngesteuerten Antrieben versehen und von einer gemeinsamen Stelle aus automatisch oder von Hand betätigen. Damit wird es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch vollautomatisch zu gestalten, beispielsweise zur Nachverbrennung der Abgase von Straßenfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen. Die bisherigen Gefahren der lästigen oder schädlichen verbrennbaren Gase oder Dämpfe in den bodennahen Luftschichten, welche die menschliche Gesundheit bedrohen, können damit beseitigt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verbrennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigungen mit Hilfe von Sorptionsfiltern, dadurch gekennzeichnet, daß diese Filter nach Erreichen einer gewissen Beladung mit den verbrennbaren Verunreinigungen im Gegenstrom anfangs mit aufgeheizter Luft desorbiert, das Desorbat in einer katalytischen Nachverbrennungsanlage verbrannt wird und ein Teil des Gemisches aus Luftresten und verbranntem Desorbat so lange wieder durch das Sorptionsfilter geführt wird, bis dessen Beladung so weit zurückgegangen ist, daß es wieder zur Reinigung des Luft- oder Gasstromes eingesetzt werden kann, wobei mindestens zwei Sorptionsfilter wechselweise beladen werden und mit dem Gemisch aus verbranntem Desorbat und Luftresten desorbiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsfilter Aktivkohle als Sorptionsmaterial enthält.

3. Vorrichtung zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verbrennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigungen nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Desorptions-Verbrennungskreis besitzt, in dem eine durch eine SauerstofEmeßvorrichtung (4) gesteuerte Mischkammer (7) ein Ventilator (9), eine durch einen Temperaturfühler (5) gesteuerte Heizvorrichtung (6) und ein Kontaktofen (3) in Reihe und durch die Ventilpaare (41, 71) oder (42, 72) abwechselnd über eines der Sorptionsfilter (1) oder (2), welche durch die Ventilpaare (21, 22) oder (11, 12) von dem zu reinigenden Luft- oder Gasstrom abtrennbar sind, zu einem geschlossenen Apparatekreis geschaltet sind, der ein federbelastetes Überdruckventil (43) zum Druckausgleich gegen die Außenluft und einen regelbaren Verbrennungsluftzutritt zur Mischkammer (7) besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen