DE19828593A1 - Adsorptionsvorrichtung zur Fluidreinigung ausgestattet mit Mitteln zur Regeneration des adsorbierenden Materials - Google Patents

Adsorptionsvorrichtung zur Fluidreinigung ausgestattet mit Mitteln zur Regeneration des adsorbierenden Materials

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Adsorptionsvorrichtung zur Fluidreinigung, mit einem Gehäuse und einem Adsorptionsmittel, wenigstens teilweise bestehend aus einem adsorbierenden Material, wobei die Adsorptionsvorrichtung mit Mitteln zur Regeneration des adsorbierenden Materials ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fluidreinigung durch die Adsorption von Stoffen an adsorbierenden Materialien und betrifft insbesondere eine Adsorptionsvorrichtung zur Fluidreinigung, die mit einer Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials, insbesondere zur Regeneration während des Betriebszustandes, ausgestattet ist.
Es gibt eine Vielzahl von Adsorptionsvorrichtungen zur Entfernung von Schadstoffen aus gasförmigen und wäßrigen Fluiden. Zum Schutz von Mensch und Umwelt werden die Adsorptionsvorrichtungen in technischen Anwendungen häufig zur Reinigung der dabei entstehenden Prozeßgase und -dämpfe eingesetzt. Möglicherweise toxische oder umweltbelastende Schadstoffe können damit aus den entstehenden Fluiden entfernt und im weiteren einer sachgerechten Entsorgung zugeführt werden. Eine zunehmende Bedeutung hat in den letzten Jahren vor allem aber auch die Reinigung der Raumluft in industriellen Produktionsstätten erfahren. In Reinsträumen der Halbleiterindustrie etwa ist eine fehlerfreie Herstellung der empfindlichen Produkte nur möglich, wenn die Umgebungsluft von hierbei störenden Fremdstoffen befreit wurde. Aber auch die Zuführung von gereinigter Umgebungsluft in den Innenraum von Kraftfahrzeugen ist zum Schutz des Menschen vor gesundheits­ gefährdenden bzw. belastenden Schadstoffen, vor allem während der häufig vorkommenden Verkehrsstauungen wichtig.
Häufig wird für die Adsorptionsvorrichtungen als adsorbierendes Material Aktivkohle verwendet. Die Aktivkohle, wie auch alle anderen adsorbierenden Materialien sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß die Adsorptionsfähigkeit abhängig von der Menge an bereits adsorbiertem Material stark nachläßt, bzw. nach einem vollständigen Besetzen der Adsorptionsplätze mit adsorbiertem Material praktisch gar nicht mehr gegeben ist. Somit ist es, i.a. nach einer bestimmten Betriebsdauer der Adsorptionsvorrichtung auch notwendig, diese durch eine neue zu ersetzen oder das adsorbierende Material einer Regeneration zu unterziehen, bei der das adsorbierte Material von den Adsorberplätzen wieder ausgetrieben wird. Gängige Verfahren hierfür sind die Verdrängung des Sorbats durch Wasserdampf oder Heißgas. Allerdings gelingt die Regeneration von beispielsweise Aktivkohle durch das Verdrängungsverfahren nur teilweise, so daß die Leistungsfähigkeit der Adsorptionsvorrichtung mit steigender Betriebsdauer stetig abnimmt und die Vorrichtung schließlich einer aufwendigen Entsorgung zugeführt werden muß. Überdies verursacht die Erzeugung des Wasserdampfes oder Heißgases meist beträchtliche Kosten und ist deshalb unwirtschaftlich.
Andere thermische Verfahren sind aus diesem Grund zur Regeneration der adsorbierenden Materials besser geeignet. Hierbei wird durch Erhitzung des adsorbierenden Materials das Sorbat von den Adsorptionsplätzen ausgetrieben. Als Quelle zur Beheizung des Adsorptionsmittels kommt prinzipiell jede mögliche Form der Wärmezuführung in Betracht. Wird ein Verfahren verwendet, bei dem dem adsorbierenden Material die Wärme über den Kontakt zu einem Wärmetauscher zugeführt wird, so kommt man wegen des ansonsten i.a. schlechten Wirkungsgrades des Wärmeüberganges nicht umhin das adsorbierende Material zuvor aus der Adsorptionsvorrichtung zu entfernen. Um einen Produktionsausfall während der Regenerations­ zeit der Adsorptionsvorrichtung zu vermeiden, macht dies die Anschaffung zumindest einer zweiten Adsorptionsvorrichtung notwendig, was mit einer zusätzlichen wirtschaftlichen Belastung verbunden ist. Gelänge es, den Wärmeübergang durch eine "Fernübertragung" der Wärme zu ermöglichen, wie etwa durch eine Beheizung mit Mikrowellenstrahlung, so ließe sich zwar, vorausgesetzt der zur Verfügung stehende Platz ermöglicht eine in-situ-Regeneration, das Herausnahmen des adsorbierenden Materials aus der Adsorptionsvorrichtung vermeiden, jedoch wäre bei den herkömmlichen Adsorptionsvorrichtungen eine Betriebsruhe während der Regenerationszeit unvermeidlich. Um einen kostspieligen Produktionsausfall während der Regenerationszeit zu verhindern, wäre somit auch die Anschaffung wenigstens einer zweiten Adsorptionsvorrichtung notwendig.
Ist das adsorbierende Material elektrisch leitend, so ist eine elektrische Beheizung des adsorbierenden Materials durch die ohm'sche Heizleistung des elektrischen Stromes möglich. Hierzu sind bisher mehrere Verfahren bekannt. Die US-PS 42 61 857 beschreibt ein Verfahren, bei dem Aktivkohle als zu regenerierendes Adsorptionsmaterial in einen gasdicht verschlossenen Ofen eingebracht wird. Mehrere Elektroden leiten elektrischen Strom durch die Aktivkohle, wodurch dann infolge der ohm'schen Heizung das adsorbierte Sorbat aus der Aktivkohle ausgetrieben wird. Aus der DE 29 53 672 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration von Aktivkohle bekannt, wobei durch gepulste Hochspannung ein Lichtbogen entlang der Aktivkohle erzeugt wird. Nachteilig ist hierbei jedoch der damit verbundene Abbrand der Aktivkohle, was zu einer Verminderung der Adsorptionsfläche führt. Bei den beiden zuletzt genannten Verfahren und Vorrichtungen zur elektrischen Beheizung der Aktivkohle ist es erforderlich, die Aktivkohle aus der Adsorptionsvorrichtung zu entfernen. Die DE 41 04 513 beschreibt eine Adsorptionsvorrichtung, bei der die Aktivkohle während des Regenerationsvorganges in der Adsorptionsvorrichtung verbleiben kann. Über Elektroden, die in der Adsorptionsvorrichtung enthalten sind wird durch die Aktivkohle ein elektrischer Strom geleitet, wodurch das Sorbat vom adsorbierenden Material desorbiert. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Aktivkohle im gesamten regeneriert wird, was zum einen eine vergleichsweise hohe Heizleistung, bzw. Spannung erfordert und zum anderen, ohne eine alternative Adsorptionsvorrichtung, eine Betriebsruhe während der Regenerationszeit bedingt.
Vorteilhaft wäre es deshalb, über eine Adsorptionsvorrichtung zu verfügen, die mit Vorrichtungen zur Regeneration des adsorbierenden Materials ausgestattet ist und zudem kontinuierlich während der Betriebszeit regeneriert werden kann. Dies würde folglich die Anschaffungskosten einer während der Regeneration zu betreibenden alternativen Adsorptionsvorrichtung vermeiden. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen würde sich ebenso der Platzbedarf verringern, falls wenigstens zwei alternative Adsorptionsvorrichtungen zum stetigen Betrieb vorgesehen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Adsorptionsvorrichtung anzugeben, die mit einer Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials ausgestattet ist und kontinuierlich während des Betriebszustandes regeneriert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Adsorptionsvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials ausgestattet ist, wobei die Regeneration eines variablen Teilbereiches des adsorbierenden Materials kontinuierlich während des Betriebszustandes des verbliebenen Teilbereiches der Adsorptionsvorrichtung erfolgt. Die Adsorptionsvorrichtung ermöglicht es somit, daß ökonomisch vorteilhaft die Anschaffung und der Einbau wenigstens einer weiteren Adsorptionsvorrichtung zum Gebrauch während der Regenerationsphase der ersteren Adsorptionsvorrichtung unnötig wird.
Herkömmliche Adsorptionsvorrichtungen sind für diese Aufgabe nicht geeignet.
Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise einer erfindungsgemaßen Adsorptionsvorrichtung ist folgender:
Die Adsorptionsvorrichtung umfaßt in bekannter Weise ein Gehäuse, worin sich das Adsorptionsmittel, welches wenigstens teilweise aus einem adsorbierenden Material besteht, befindet. Zur mechanischen Stützung und/oder Formgebung des adsorbierenden Materials ist hierfür eine Tragestruktur vorgesehen, welche Stütz-, Trage- und Formgebungsmittel umfaßt. Es ist vorteilhaft eine möglichst große Oberfläche des Adsorptionsmaterials dem Fluidstrom zu präsentieren. Hierzu kann dem adsorbierenden Material ein flächiges Netz, Gitter oder dergleichen anliegen, um dem adsorbierenden Material mechanische Stabilität zu verleihen, bzw. um eine für den Wirkungsgrad der Adsorptionsvorrichtung günstige große Anströmfläche zu schaffen. Vor allem bei adsorbierenden Materialien in gewebeartiger Form ermöglicht es die Verwendung von stangenförmige Trägerelementen überdies, das Adsorptionsmaterial in einer gewünschten räumlichen Anordnung zu befestigen. Bevorzugt werden die stangenförmigen und/oder plattenförmigen Trägerelemente zueinander parallel und äquidistant angeordnet, wodurch eine für die Unterteilung des adsorbierenden Materials in verschiedene, gleichartige Bereiche vorteilhafte räumliche Anordnung entsteht. Die Befestigung des adsorbierenden Materials an den stangenförmigen und/oder plattenförmigen Elementen kann durch her­ kömmliche Befestigungsmittel, wie etwa fixierende Leisten erfolgen. Die Trage- und Formgebungsmittel und/oder Befestigungselemente sind vorzugsweise elektrisch leitfähig, so daß dadurch ein elektrischer Kontakt zum adsorbierenden Material hergestellt wird.
Das Adsorptionsmaterial kann zur Steigerung des Wirkungsgrades der Adsorptionsvorrichtung in mehreren übereinanderliegenden Schichten angeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung wird dann durch jeweils zwischen den Schichten befindliche Verbindungsmittel die relative Lage der einzelnen Schichten zueinander fixiert. Ist das adsorbierende Material elektrisch leitfähig, so ist es günstig, die Verbindungsmittel elektrisch leitfähig zu wählen, so daß damit ein elektrischer Kontakt zum adsorbierenden Material hergestellt wird. Die Verbindungsmittel können dem adsorbierenden Material zudem eine gewünschte äußere Form vermitteln. Vorzugsweise wird das adsorbierende Material zur Vergrößerung der effektiven Oberfläche der Adsorptionsvorrichtung durch die Verbindungsmittel in eine plissierte Form gebracht.
Vorzugsweise ist das adsorbierende Material elektrisch leitfähig, so daß es durch ohmsche Heizung auf eine Temperatur erwärmt werden kann, bei der das Sorbat ausgetrieben und folglich die Adsorptionsvorrichtung regeneriert wird. Als adsorbierendes Material kann dabei Aktivkohle gewählt werden, die in "Partikelform" vorliegt. Die Verwendung von pulver- bzw. granulatförmiger Aktivkohle ist wegen des hohen elektrischen Widerstandes, sowie wegen des hohen Wärmeleitungswiderstandes und des damit verbundenen geringen Wirkungsgrades für die Regeneration durch ohm'sche Beheizung nicht geeignet. Besonders vorteilhaft ist die Aktivkohle als Aktivkohle-Gewebe, Aktivkohle-Gestrick, Aktivkohle-Filz bzw. Aktivkohle-Fasermaterial ausgebildet. Zum einen kann damit in bevorzugter Weise eine hohe Anströmfläche erreicht werden, zum anderen ist die Aktivkohle homogen elektrisch leitfähig, wodurch die Regeneration durch ohm'sche Heizung in vorteilhafter Weise ermöglicht wird. Diese Materialien sind teurer als pulver- bzw. granulatförmige Aktivkohle, was vermutlich Einfluß darauf hat, daß diese Materialien bisher keine kommerzielle Verwendung fanden. Die Verwendung in der erfindungsgemaßen Adsorptionsvorrichtung kann indes diesen Kostennachteil durch den ökonomischen Vorteil des Vermeidens einer während der Regenerationsphase zu betreibenden Austausch-Adsorptionsvorrichtung wettmachen.
Um die Regeneration in ausgewählten Teilbereichen der Adsorptionsvorrichtung zu ermöglichen, wird das adsorbierende Material vorzugsweise durch flächige Trennelemente, wie etwa Trennwände, in unterschiedliche Bereiche unterteilt, die adsorbierendes Material enthalten. In bevorzugter Weise erfolgt die Bereichsaufteilung dergestalt, daß die unterschiedlichen Bereiche durch diese Trennelemente innerhalb der Adsorptionsvorrichtung fluiddicht abgeschlossen werden. Sind die Trennelemente zur Bereichsteilung zudem zueinander parallel und/oder äquidistant oder auch sternförmig zueinander angeordnet, so können damit in vorteilhafter Weise unterschiedliche äquidistante, respektive sternförmig angeordnete Bereiche mit adsorbierendem Material ausgebildet werden. Die Trennelemente können überdies elektrisch leitfähig sein, wodurch ein elektrischer Kontakt zum adsorbierenden Material hergestellt wird. In besonders vorteilhafter Weise wird hierdurch eine elektrische Mehrfachkontaktierung des adsorbierenden Materials erreicht, wodurch nur Teilbereiche des adsorbierenden Materials von elektrischem Strom zum Zwecke der ohm'schen Heizung durchflossen werden. Im Gegensatz zur DE 41 04 513, welche eine Vorrichtung zeigt, bei der die Aktivkohle nur einfach kontaktiert wird, und wodurch der angelegte Strom durch die ganze Aktivkohle und nicht nur durch Teilbereiche strömt, kann so die zur Regeneration des adsorbierenden Materials notwendige elektrische Leistung, welche zumeist, etwa aus Batterien, nur beschränkt verfügbar ist, den elektrischen Eigenschaften des adsorbierenden Materials angepaßt werden. Eine nur einfache Kontaktierung, bei der der Strom durch das ganze adsorbierende Material fließt, ermöglicht wegen der meist nur beschränkt verfügbaren elektrischen Leistung oftmals keine ausreichende Regeneration!
Für jeden dieser unterschiedlichen Bereiche mit Adsorptionsmaterial ist wenigstens ein Ventil an der diesem Bereich nächstliegenden Gehäusewand angeordnet. Dieses Ventil kann bei fluiddichter Abschirmung des Bereiches, der absorbierendes Material enthält, zur Ausschleusung des desorbierten Sorbats bzw. zur Evakuierung bei der Desorption dienen. Durch diese Bereichsbildung wird eine räumlich begrenzte Regeneration des adsorbierenden Materials möglich. Durch die fluiddichte Abschirmung dieses Bereiches wird gewährleistet, daß das desorbierte Sorbat nicht an den während der Regeneration aktiven Teilen der Adsorptionsvorrichtung adsorbiert.
Vorzugsweise wird die Adsorptionsvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Regeneration ausgestattet, die auf der thermischen Desorption des Sorbats basiert. Die Wärmeübertragung für die thermische Desorption erfolgt hierbei vorzugsweise durch Heißgas, Dampf, Spülgas und/oder dgl. und/oder besonders bevorzugt durch ohm'sche Heizung des adsorbierenden Materials aufgrund eines elektrischen Stromes. Insbesonders kann eine Heißgas-, Spülgas- und/oder Dampfdesorption zur gleichzeitigen Desorption durch ohm'sche Heizung vorgesehen sein. Hierzu können an der Vorrichtung zur Desorption Vorrichtungen zur Einbringung von Heißgas, Dampf, Spülgas und/oder dgl. vorgesehen sein. Die Vorrichtung zur Regeneration stellt vorzugsweise über deren elektrische Kontakte direkt mit dem Adsorptionsmaterial und/oder über die damit in elektrischem Kontakt stehenden Geräteelemente, wie etwa den Trage- und Formgebungsmitteln, oder auch den Trennmitteln eine elektrische Verbindung her. Wird der elektrische Kontakt des adsorbierenden Materials durch die Trennelemente hergestellt, so erfolgt die Desorption des Sorbats in vorteilhafter Weise aus dem sich in dem durch die Trennelemente gebildeten Teilbereich befindlichen adsorbierenden Material. Wird durch die Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials zudem eine fluiddichte Abschirmung des gegenüber dem Fluidstrom offenen Gehäuses der Adsorptionsvorrichtung erreicht, so wird die thermisch induzierte, durch ohm'sche Heizung bewirkte Desorption von Sorbat auf einen Teilbereich der Adsorptionsvorrichtung begrenzt. Die übrigen Bereiche der Adsorptionsvorrichtung können dabei während der Regeneration des Teilbereiches im Betriebszustand behalten werden. Ist die Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials durch mechanische Mittel relativ zum adsorbierenden Material und insbesondere gegenüber den unterschiedlichen durch Trennmittel abgeteilten Bereiche bewegbar, so kann durch sukzessive Regeneration ausgewählter Teile des adsorbierenden Materials eine kontinuierliche Regeneration der gesamten Adsorptionsvorrichtung erfolgen. Für die übrigen Bereiche des adsorbierenden Materials kann dabei weiterhin der Betriebszustand aufrechterhalten werden, wodurch die Adsorptions­ vorrichtung mit nur vergleichsweisen geringen Einbußen an Leistungsfähigkeit ständig betriebsbereit bleibt. Eine bereichsweise durchgeführte Desorption des Sorbats erfordert überdies eine wesentlich geringere elektrische Spannung, als dies eine komplette Regeneration des adsorbierenden Materials erfordern würde. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn bei bestimmten Anwendungen nur relativ geringe elektrische Spannungen verfügbar sind, wie etwa bei der Reinigung der Innenraumluft in Kraftfahrzeugen.
Der Antrieb der mechanischen Mittel zur Bewegung der Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials kann z. B. durch einen Elektromotor erfolgen.
Im allgemeinen besteht z. B. im Anwendungsfall der Reinraumtechnik das Problem der Analysierbarkeit des Schadstoffgehaltes der Raumluft; Konzentrationen im unteren ppb-Bereich sind nur unter Zuhilfenahme sehr aufwendiger und teurer Meßmethoden (z. B. GC/MS) ermittelbar. Somit gibt es kein praktisches Entscheidungskriterium zum Auswechseln/Regenerieren eines Filters; eine rein zeitlich gesteuerte Regenerierung ist z. B. im Anwendungsfall der Fahrzeugkabinenluftreinigung nicht geeignet, um eine ausreichende Filterleistung sicherzustellen, da hier der Filter mit stark wechselnden Eingangskonzentrationen beaufschlagt wird.
Auch gibt es kein Verfahren, um die Beladung eines Aktivkohlefilters in situ zu bestimmen, das alternativ zur Messung der Luftqualität herangezogen werden kann.
Nun ergeben sich bei der Desorption des Sorbats von einem Aktivkohlefilter Schadstoffkonzentrationen im Abgasstrom, die analysetechnisch sehr einfach erfaßt werden können (z. B. mit Hilfe von elektrochemischen Gassensoren, Flammenionisierungsdetektoren, Wärmeleitdetektoren). Anhand einer Analyse des bei der Desorption eines regenerierbaren Filters entstehenden Abgases läßt sich der Beladungsgrad des Filters bestimmen. Man weiß dann allerdings erst nach der Regeneration eines Filters bzw. eines Filtersegments, ob die Regenerierung notwendig war, ob sie zu spät oder etwa zu früh vorgenommen wurde.
Ein aus vielen Segmenten aufgebauter Filter, hat hierbei den wesentlichen Vorteil, daß die Information über den Beladungsgrad, die man anhand der Regeneration eines einzelnen Segmentes erhalten kann, benutzt werden kann, um in einem computergestützten Regenerierungsprogramm, den Beladungsgrad des nächsten zur Desorption anstehenden Segments zu berechnen; im besonderen können auch Daten bezüglich der notwendigen Desorptionstemperatur für ein maßgeschneidertes Regenerationsprogramm benutzt werden. Die zeitliche Abfolge der Desorptionsspezies (das Desorptionschromatogramm) gibt Aufschluß über die zur Filterregenerierung notwendigen Desorptionstemperatur. Ein solcher Segment-Filter ermöglicht somit die zur Regeneration notwendigen Energiekosten, aber auch die Materialabnutzung, die sich während jeder Regeneration vollzieht, entscheidend zu minimieren.
An der Adsorptionsvorrichtung ist vorteilhaft eine Vorrichtung zum Absaugen des desorbierten Sorbats vorgesehen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Absaugen des Sorbats über die Ventile, wenn die durch Trennmittel unterteilten Bereiche mit adsorbierendem Material fluiddicht abgeschirmt werden.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Regeneration als ein gegenüber dem adsorbierenden Material bewegbarer, das adsorbierende Material rahmenförmig umgebender Laufrahmen gestaltet. Eine fluiddichte Abschirmung des Laufrahmens kann hierbei durch nicht notwendigerweise zusammenhängende Schiebeelemente erfolgen. Am Laufrahmen können Verstrebungen vorgesehen sein, die so gestaltet sind, daß sie die Ventile öffnen und somit das desorbierte Sorbat abgesaugt werden kann. Zudem können am Laufrahmen Vorrichtungen zum Einbringen von Heißgas, Dampf und/oder dgl. vorgesehen sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Adsorptionsvorrichtung sieht bei einer sternförmigen Anordnung, der, adsorbierendes Material enthaltenden Bereiche eine Fluidführung vor, bei der die einzelnen Bereiche sukzessive von dem Fluid durchströmt werden. Hierbei unterliegt das Fluid durch das aufeinanderfolgende Durchströmen mehrerer unterschiedlicher Bereiche mehrmals der jeweiligen Adsorption, wodurch die Adsorptionskapazität der Adsorptionsvorrichtung in optimaler Weise ausgenützt wird.
Die erfindungsgemaße Adsorptionsvorrichtung ist zur Reinigung von gasförmigen und wäßrigen Fluiden geeignet. Die Reinigung des Fluids erfolgt mittels Adsorption und/oder Absorption bzw. durch chemische Prozesse, bei denen die Adsorptionsvorrichtung als Katalysator und/oder chemischer Reaktionsraum des Fluids verwendet wird, wobei die Reinigung des Fluids vorzugsweise über eine Redoxreaktion erfolgt. Hierzu wird das adsorbierende Material mit einem Metall, Übergangsmetall, Edelmetall oder dgl., vorzugsweise aus der VIII. Nebengruppe und/oder Komplexverbindungen, sowie Salze und/oder Oxide der vorstehend genannten Stoffe, die katalytische Eigenschaften aufweisen, imprägniert.
Wird die Abscheidung von Quecksilber aus gasförmigen Fluiden, insbesondere aus Erdgas oder Wasserstoff vorgesehen, so wird das adsorbierende Material der erfindungsgemäßen Adsorptions­ vorrichtung vorzugsweise mit einem Übergangsmetall der zweiten und dritten Reihe, insbesonders Kupfer imprägniert.
Wird die katalytische Abscheidung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesonders aus Biogas oder Deponiegas vorgesehen, wird das adsorbierende Material vorzugsweise mit Alkali-/Erdalkalijodid(en), z. B. mit Kaliumjodid imprägniert. Die Desorption des Schwefels erfolgt vorzugsweise unter Evakuierung des fluiddicht abgeschirmten zur Desorption vorgesehenen Bereiches des adsorbierenden Materials.
Wird die katalytische Abscheidung von Kohlenmonoxid aus Kohlenmonoxid enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesonders aus Synthesegas vorgesehen, wird das adsorbierende Material vorzugsweise mit Platin imprägniert.
Wird die katalytische Abscheidung von Schwefeldioxid aus Schwefeldioxid enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesonders aus Luft vorgesehen, wird das adsorbierende Material vorzugsweise mit Silber und/oder Kupfer bzw. deren Oxide imprägniert. Hierbei erfolgt eine katalytische Oxidation von Schwefeldioxid in Schwefelsäure, wobei die darauffolgende Desorption von Schwefeldioxid mit einem Abbrand des adsorbierenden Materials verbunden ist.
Wird die katalytische Entfernung von Stickoxiden, NOx, aus Stickoxide enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesonders aus Luft vorgesehen, wird das adsorbierende Material vorzugsweise mit Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat und/oder Zinkoxid imprägniert.
Wird die katalytische Entfernung von Ozon aus Ozon enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesonders aus Luft vorgesehen, wird das adsorbierende Material vorzugsweise mit Manganoxid, MnO2 imprägniert.
Die Erfindung wird durch die Figuren und die nachfolgenden Ausführungsbeispiele weiter verdeutlicht.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Adsorptionsvorrichtung.
Fig. 2 zeigt die Frontansicht einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Adsorptionsvorrichtung.
Fig. 3 zeigt die obere Ansicht des Aktivkohlegewebes in plissierter Form der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Fig. 2.
Fig. 4 zeigt die schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Fig. 2.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Adsorptionsvorrichtung Gehäuse (101), Aktivkohle (102) in Gewebestruktur, ein die Aktivkohle stützendes Gewebe (103), stangenförmige Elemente (104), Trennwände (105), Fixierleisten (106) und einen Laufrahmen mit Absaugvorrichtung (107). Wesentliche Aufgabe der Aktivkohle (102) ist die Adsorption der Schadstoffe aus dem Fluidstrom (108). Um dem Fluidstrom eine möglichst große Anströmfläche zu bieten, ist das Aktivkohlegewebe um die stangenförmigen Elemente (104) wellenförmig ausgespannt. Eine Fixierung des Aktivkohlegewebes an den stangenförmigen Elementen wird durch die Fixierleisten (106) erreicht. Ein Aufteilung des Aktivkohlengewebes in unterschied­ liche Bereiche (z. B. 109) wird durch die Trennwände (105) erzielt. Der Laufrahmen stellt zur Desorption des adsorbierten Sorbats in jeweils ausgewählten Bereichen den elektrischen Kontakt zu diesem Bereich her. Durch die dabei angelegte elektrische Spannung beginnt bei ausreichender Heizleistung infolge der ohmschen Heizung die Desorption des Sorbats. Hierbei befindet sich nur der ausgewählte Bereich (110) im bezüglich der Adsorption inaktiven Desorptionsmodus. Alle restlichen Bereiche der Adsorptionsvorrichtung stehen weiterhin für die Adsorption von Schadstoffen aus dem Fluidstrom zur Verfügung. Am Laufrahmen (107) befindet sich eine Absaugvorrichtung zum Absaugen des desorbierten Sorbats. Der Laufrahmen (107) ist entlang des Gehäuses (101) bewegbar, wodurch für die verschiedenen, durch die Trennwände (105) gebildeten, Bereiche in beliebiger Weise der Desorptionsmodus gewählt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Fig. 2-4 verdeutlicht. Gemäß Fig. 2 wird das desorbierte Sorbat über Ventile, die am seitlichen Gehäuse (201) der Adsorptions­ vorrichtung angeordnet sind, aus der Adsorptionsvorrichtung ausgeschleust. Das Aktivkohlegewebe (202) ist faltenförmig um die Trennwände (205) gespannt. Der Laufrahmen (207) ist zu den einzelnen, durch die Trennwände gebildeten Bereiche hin bewegbar. Die Trennwände sind elektrisch leitfähig, wodurch der elektrische Kontakt zum Aktivkohlegewebe hergestellt wird.
Das Aktivkohlegewebe kann entsprechend Fig. 3 in plissierter Form ausgestaltet sein. Das Aktivkohlegewebe (302) ist dabei z. B. in einer zweilagigen Schicht angeordnet. Die Plissierung des Aktivkohlegewebes (302) wird durch eine Plissierung des Verbindungsmittels (311) erzielt. Das Aktivkohlegewebe ist durch ein Netzgewebe (302) mechanisch stabilisiert.
Gemäß einer weiteren, in Fig. 4 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform befinden sich im seitlichen Gehäuse der Adsorptionsvorrichtung Ventile (412) zum Ausschleusen des desorbierten Sorbats. Über am Laufrahmen angeordnete Verstrebungen werden die Ventile hierbei geöffnet, wenn sich der Laufrahmen über dem Ventil befindet.

Claims (42)

1. Adsorptionsvorrichtung zur Fluidreinigung, mit einem Gehäuse und einem Adsorptionsmittel, wenigstens teilweise bestehend aus einem adsorbierenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials (102) ausgestattet ist.
2. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration des adsorbierenden Materials (102) kontinuierlich während des Betriebszustandes der Adsorptionsvorrichtung erfolgen kann.
3. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur mechanischen Stützung und/oder Formgebung des adsorbierenden Materials Stütz-, Trage- und/oder Formgebungsmittel vorgesehen sind, welche
  • - ein dem adsorbierenden Material (102) anliegendes Netz (103), Gitter, oder dergleichen, und
  • - stangenförmige oder plattenförmige Elemente (104), die vorzugsweise zueinander parallel und äquidistant angeordnet sind,
umfassen.
4. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trage- und Formgebungsmittel (104) und/oder Befestigungselemente (106) elektrisch leitfähig sind und einen elektrischen Kontakt zum adsorbierenden Material bilden.
5. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den stangenförmigen Elementen (104) zur Fixierung des Adsorptionsmittels daran Befestigungselemente (106) angeordnet sind.
6. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material schichtweise angeordnet ist.
7. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des adsorbierenden Materials durch zwischen den Schichten befindliche Verbindungsmittel (311) in ihrer relativen Lage zueinander fixiert sind.
8. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (311) elektrisch leitfähig sind und einen elektrischen Kontakt zum adsorbierenden Material (102) bilden.
9. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verbindungsmittel (311) zwischen den Schichten eine vorzugsweise plissierte Form des adsorbierenden Materials bewirkt wird.
10. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material (102) elektrisch leitfähig ist und mittels ohm'scher Heizung auf eine Temperatur erwärmt werden kann, bei der das Sorbat ausgetrieben wird.
11. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß das absorbierende Material Aktivkohle ist.
12. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle als Aktivkohle-Gewebe, Aktivkohle-Gestrick, Aktivkohle-Filz, Aktivkohle-Fasermaterial oder dergleichen ausgebildet ist.
13. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material durch Trennelemente (105) in unterschiedliche adsorbierendes Material enthaltende Bereiche unterteilt ist.
14. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente (105) vorzugsweise zueinander parallel und/oder äquidistant oder sternförmig angeordnet sind.
15. Adsorptionsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente (105) elektrisch leitfähig sind und einen elektrischen Kontakt zum adsorbierenden Material bilden.
16. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem durch die Trennelemente (105) unterteilten Bereich des adsorbierenden Materials nächstliegenden Gehäusewand (101) der Adsorptionsvorrichtung wenigstens ein Ventil (412) zur Ausschleusung des desorbierten Sorbats angeordnet ist.
17. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials eine thermisch induzierte Desorption des Sorbats bewirkt, wobei die Wärmeübertragung vorzugsweise durch Heißgas, Dampf und/oder besonders bevorzugt durch ohm'sche Heizung erfolgt.
18. Adsorptionsvorrichtung Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials Vorrichtungen zur Einbringung von Heißgas, Dampf, Spülgas oder dgl. vorgesehen sind.
19. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur thermisch induzierten Desorption des Sorbats mit elektrischen Kontakten zum adsorbierenden Material und/oder den mit dem adsorbierenden Material in elektrischer Verbindung stehenden Teilen der Adsorptionsvorrichtung versehen ist und über diese elektrischen Kontakte eine ohm'sche Heizung des adsorbierenden Materials bewirkt wird.
20. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmsche Heizung vorzugsweise an dem, innerhalb des durch die Trennmittel unterteilten Bereiches befindlichen, adsorbierenden Material erfolgt.
21. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Mittels so angeordnet ist, daß damit eine fluiddichte Abschirmung wenigstens eines der durch die Trennmittel unterteilten Bereiche des adsorbierenden Materials vom Rest des adsorbierenden Materials erfolgt.
22. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Mittel vorgesehen sind, wodurch die Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Mittels relativ zum absorbierenden Material bewegbar ist.
23. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Mittel durch einen Elektromotor angetrieben werden.
24. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Absaugen der desorbierten Materials vorgesehen ist.
25. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen des desorbierten Materials vorzugsweise über Ventile (412) erfolgt.
26. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile zur Evakuierung bei der Desorption dienen.
27. Adsorptionsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Regeneration des adsorbierenden Materials als ein gegenüber dem adsorbierenden Material bewegbarer das adsorbierende Material rahmenförmig umgebender Laufrahmen (107) ausgestaltet ist.
28. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (412) durch am Laufrahmen (107) angeordnete Verstrebungen geöffnet werden.
29. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material mit einem Metall, Übergangsmetall, Edelmetall oder dgl., vorzugsweise aus der VIII. Nebengruppe und/oder Komplexverbindungen, sowie Salze und/oder Oxide der vorstehend genannten Stoffe, die katalytische Eigenschaften aufweisen, imprägniert wird.
30. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsmetalle, vorzugsweise innerhalb der zweiten und dritten Reihe, eine gute Löslichkeit für Quecksilber aufweisen.
31. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am adsorbierenden Material ionische oder polare Komplexverbindungen, vorzugsweise Metallkomplexe der VIII. Nebengruppe in katalytisch aktiver Form, vorzugsweise Alkali- und/oder Erdalkalijodide, angeordnet sind.
32. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorzugsweise sternförmiger Anordnung der Trennelemente (105) die unterschiedlichen adsorbierendes Material enthaltenden Bereiche, mit Ausnahme des Desorptionsbereiches, sukzessive vom Fluid durchströmt werden.
33. Adsorptionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Bestimmung der Art und Menge des Desorbats, insbesondere der Beladung der Adsorptionsvorrichtung, vorgesehen ist.
34. Adsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 33), dadurch gekennzeichnet, daß Steuerungsvorrichtungen für die Regeneration des adsorbierenden Materials mittels Bestimmung der Beladung der Adsorptionsvorrichtung vorgesehen sind.
35. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 34 als Katalysator und/oder chemischen Reaktionsraum des Fluids, wobei die Reinigung des Fluids vorzugsweise über eine Redoxreaktion erfolgt.
36. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Abscheidung von Quecksilber aus gasförmigen Fluiden, insbesondere aus Erdgas oder Wasserstoff, wobei das adsorbierende Material vorzugsweise mit einem Übergangsmetall der zweiten und dritten Reihe, insbesondere Kupfer imprägniert wird.
37. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur katalytischen Abscheidung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesondere aus Biogas oder Deponiegas wobei das adsorbierende Material vorzugsweise mit Alkali-/Erdalkalijodid(en) imprägniert wird und die Desorption unter Evakuierung erfolgt.
38. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur katalytischen Abscheidung von Kohlenmonoxid aus Kohlenmonoxid enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesondere aus Synthesegas wobei das adsorbierende Material vorzugsweise mit Platin imprägniert wird.
39. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur katalytischen Abscheidung von Schwefeldioxid aus Schwefeldioxid enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesondere aus Luft wobei das adsorbierende Material vorzugsweise mit Silber und/oder Kupfer(-oxid) imprägniert wird.
40. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur katalytischen Entfernung von Stickoxiden aus Stickoxide enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesondere aus Reinstluft wobei das adsorbierende Material vorzugsweise mit Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat und/oder Zinkoxid imprägniert wird.
41. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur katalytischen Entfernung von Ozon aus Ozon enthaltenden gasförmigen Fluiden, insbesondere aus Luft wobei das adsorbierende Material vorzugsweise mit Manganoxid imprägniert wird.
42. Verwendung der Adsorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Entkeimung von Fluiden, insbesondere zum Schutz eines nachgeschalteten Partikelfilters vor biologischer Besiedelung.
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