DE4104513A1 - Verfahren zur regeneration von adsorbern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regen­ eration von Adsorbern, bei dem das adsorbierende Mate­ rial (Adsorbens) auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das adsorbierte Material ausgetrieben, d. h. desor­ biert wird.

Adsorber haben in den letzten Jahren zunehmend Anwen­ dung u. a. bei der Entfernung von Schadstoffen aus Was­ ser oder Luft gefunden. Beispielsweise können chlorier­ te Kohlenwasserstoffe (CKW) auch in geringen Konzentra­ tionen aus Fluidströmen, wie Gas- oder Wasserströmen, mittels Adsorbern entfernt werden. Eine typische Anwen­ dung ist dabei die Altlastsanierung CKW-kontaminierter Böden durch Absaugen mit integrierter Adsorption der Schadstoffe. Als Adsorbens findet dabei häufig Aktiv­ kohle Verwendung.

Da die Adsorptionsfähigkeit aufgrund der "Besetzung" der Adsorberplätze nach einiger nachläßt, ist es erfor­ derlich, das adsorbierende Material durch Austreiben des adsorbierenden Materials zu regenerieren. Diese Regeneration bereitet jedoch häufig Probleme:

Gegenwärtig wird am häufigsten das sogenannte Verdrän­ gungsverfahren mittels Wasserdampf verwendet; bei die­ sem Verfahren gelingt die Regeneration beispielsweise von Aktivkohle nur partiell, so daß das adsorbierende Material nach mehreren Regenerationszyklen in seiner Leistungsfähigkeit soweit nachgelassen hat, daß es mit großem Aufwand entsorgt werden muß.

W. Kast schlägt deshalb in seinem Buch "Adsorption aus der Gasphase" (Verlag VCH Weinheim, 1988) die thermi­ sche Regeneration bzw. die Kombination thermischer Regeneration und des Verdrängungsverfahrens vor. Zur Durchführung dieses Regenerationsverfahrens muß die Aktivkohle jedoch über einem Wärmetauscher erhitzt werden. Dies bedeutet in den meisten Fällen, daß die Aktivkohle vor der Regeneration aus der Adsorptionsvor­ richtung entfernt werden muß, da wegen ihres schlechten Wärmeübergangs ein Beheizen der Adsorbersäule von außen unwirtschaftlich ist.

Ferner sind aus der DE 29 53 672 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration von Aktivkohle be­ kannt, bei dem durch eine pulsierende Spannung ein Lichtbogen erzeugt wird, der den adsorbierten Stoff freisetzt. Die Verwendung von Lichtbögen führt jedoch zu einem starken Abbrand und damit zu einem schnellen Verbrauch bzw. Verschleiß des Adsorbers.

Weiterhin ist aus der US-PS 42 61 857 ein Verfahren bekannt, bei dem verbrauchte Aktivkohle in einen luft­ dicht verschlossenen Ofen mit mehreren in vertikaler Richtung in Abständen angebrachten Elektroden einge­ füllt wird. Über die Elektroden wird ein elektrischer Strom geleitet, der die Aktivkohle erhitzt, so daß die adsorbierten Stoffe freigesetzt werden.

Bei diesem und auch bei dem aus der US-PS 42 61 857 bekannten Verfahren muß die Aktivkohle in "Partikel­ form" vorliegen. Die Verwendung pulver- bzw. granulat­ förmiger Aktivkohle hat jedoch den Nachteil, daß sowohl der elektrische als auch der Wärmeleitungs-Widerstand hoch ist, so daß die Regenerations-Effizienz gering ist. Zudem bilden sich bei der elektrischen Beheizung von partikelförmiger, wirbelfähiger Aktivkohle wegen der ungleichmäßigen Schüttung Wärmenester aus, die bei der anschließenden Wiederverwendung als Adsorbens zur Selbstzündung führen können.

Darüberhinaus ist es bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen, bei denen eine elektrische Beheizung der Aktivkohle erfolgt, erforderlich, zur Regeneration die Aktivkohle aus der eigentlichen Adsorptions-Vorrichtung zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regeneration von aus Aktivkohle bestehenden Adsor­ bern anzugeben, das ohne Entfernen des adsorbierenden Materials aus der Adsorptionsvorrichtung durchgeführt werden kann, und das eine hohe Regenerations-Effizienz aufweist, ohne daß sich Wärmenester etc. bilden können.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem Verfahren zur Regeneration von Adsorbern ausgegangen wird, bei dem das adsorbierende Material (Aktivkohle) auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das ädsorbierte Material ausgetrieben, d. h. desorbiert wird.

Erfindungsgemäß wird als adsorbierendes Material ein elektrisch leitfähiges Material verwendet, bei dem die Aktivkohle dadurch gleichmäßig elektrisch leitfähig gemacht wird, daß sie beispielsweise als Rohr gepreßt und gesintert ist, wobei bei entsprechender Präparie­ rung eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf­ rechterhalten wird. Zur Erwärmung des elektrisch leit­ fähigen adsorbierenden Materials wird dieses durch Stromdurchgang erwärmt, daß das adsorbierte Material ausgetrieben wird.

Die Erwärmung kann dabei durch direkten Stromdurchgang (Anspruch 3) erfolgen. Hierzu werden geeignete Elektro­ den vorgesehen, an die eine Gleich- oder Wechselspan­ nung angelegt wird.

Weiterhin ist es auch möglich, das elektrisch leitende adsorbierende Material induktiv mit einer bekannten Induktions-Heizvorrichtung zu erwärmen (Anspruch 4).

Darüberhinaus ist es aber auch möglich, anstelle oder zusätzlich zur Erwärmung durch Stromdurchgang die Er­ wärmung des adsorbierenden Materials durch eine Mikro­ wellenheizung auszuführen, durch die das Material eben­ falls im gesamten Volumen gleichmäßig erwärmt wird (Anspruch 5).

In jedem Falle kann die Regeneration des adsorbierenden Materials sowohl in der eigentlichen Adsorptionsvor­ richtung als auch außerhalb der Adsorptionsvorrichtung erfolgen. Bei einer (in der Regel bevorzugten) Regene­ ration des adsorbierenden Materials in der Adsorptions­ vorrichtung ist selbstverständlich sicherzustellen, daß die desorbierten Schadstoffe in geeigneter Weise aufge­ fangen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem eine Erwärmung des adsorbierenden Materials durch Stromdurchgang und/oder Mikrowellenheizung erfolgt, kann unabhängig von der Zustandsform des Adsorbens angewendet werden: so ist es möglich, als Adsorbens Hohlfasern bzw. hohle Säulen, durch die das mit Schadstoffen beladene Medium strömt, oder mattenförmige Gebilde zu verwenden.

Im Falle der Verwendung von Aktivkohle als adsorbieren­ des Material kann die Aktivkohle in der gewünschten geometrischen Form leicht durch Verkoken von entspre­ chenden Gebilden hergestellt werden. Als Ausgangsmate­ rial können z. B. Preßlinge aus Kohle, extrudiertes Pech oder beliebige Polymere wie Nylon, Polyamide, Zellulose etc. verwendet werden, die in der gewünschten Form vorliegen und die unter Luftabschluß auf die Verko­ kungstemperatur erwärmt werden. Bei Erreichen eines bestimmten Verkokungsgrades ergibt sich eine elektri­ sche Leitfähigkeit, die ein ausreichendes Aufheizen von Adsorbern mit üblichen Spannungen erlaubt.

In jedem Falle ist es jedoch von Vorteil, wenn die während der Regenerationsphase desorbierten Schadstoffe durch einen Trägergasstrom ausgetragen werden. Der Trägergasstrom kann beispielsweise ein Inertgas (An­ spruch 8) oder Wasserdampf (Anspruch 7) sein. Bei der Verwendung von Wasserdampf als Trägergas werden einer­ seits die thermische Regeneration und die Verdrän­ gungsregeneration miteinander kombiniert und anderer­ seits die Schadstoffe durch Kondensation besonders einfach abgeschieden. Durch die direkte Heizung wird jedoch die Bildung von Wasserdampfkondensat in dem Poren des adsorbierenden Materials verhindert, die bei den bekannten Verdrängungs-Regenerationsverfahren die Diffusion der desorbierenden Schadstoffmoleküle behin­ dert, und so die Regeneration nach wenigen Zyklen zum Erliegen bringt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:

Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen Adsorber-Vorrichtungen, die erfindungsgemäß derart gestaltet sind, daß sie eine "in-situ" Regeneration des adsorbierenden Materials ermöglichen. Hierzu liegt das adsorbierende Material in Form hohler Rohre 2 vor, die z. B. durch einen Preß-oder Sintervorgang hergestellt worden sind.

Um eine Erwärmung des adsorbierenden Materials bei­ spielsweise durch direkten Stromdurchgang zu ermögli­ chen, sind bei den gezeigten Ausführungsbeispielen geeignete Elektroden 1′ und 1′′ vorgesehen, an die eine Gleich- oder Wechselspannung angelegt wird. Weiterhin ist es auch möglich, das elektrisch leitende adsorbie­ rende Material 2 induktiv mit einer bekannten Induk­ tions-Heizvorrichtung zu erwärmen.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrich­ tung, bei der Rohre 2 als adsorbierendes Material ver­ wendet werden, während Fig. 2 eine Möglichkeit der Kontaktierung der Rohre 2 durch die Elektroden 1 zeigt: Durch die Beaufschlagung der Elektrode 1′ mittels einer Feder 3 in Richtung auf die Rohre 2 ergibt sich ein besonders geringer Kontaktwiderstand.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das ad­ sorbierende Material in Form von Aktivkohle-Kapillaren 2′ vorliegt, in die beispielsweise lösungsmittelbela­ dene Luft eintritt, die dann als lösungsmittelfreie Luft austritt. Die Kapillaren 2′ sind mittels eines leitfähigen Klebers 4 mit einem aus Al, Cu oder VA bestehenden Metallring 5 verbunden, der als Elektrode dient.

In jedem Falle kann die Regeneration des adsorbierenden Materials 2 sowohl in der eigentlichen Adsorptionsvor­ richtung als auch außerhalb der Adsorptionsvorrichtung erfolgen. Bei einer Regeneration des adsorbierenden Materials in der Adsorptionsvorrichtung ist selbstver­ ständlich sicherzustellen, daß die desorbierten Schad­ stoffe in geeigneter Weise aufgefangen werden.

Dies kann unmittelbar durch Anlegen eines Vakuums mit anschließender Kühlfalle oder durch Zwischenschalten einer lösungsmittelselektiven Membran gemäß Fig. 4 erfolgen, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein lösemittelselektiver Polymerfilm 6 ist, der direkt auf das aus Aktivkohle bestehende Rohr 2 aufgetragen ist.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele können leicht bei­ spielsweise dadurch hergestellt werden, daß ein in der gewünschten geometrischen Form vorliegendes Material verkokt wird. Als Ausgangsmaterial können z. B. Preßlin­ ge aus Kohle, extrudiertes Pech oder beliebige Polymere wie Nylon, Polyamide, Zellulose etc. verwendet werden, die in der gewünschten Form vorliegen und die unter Luftabschluß auf die Verkokungstemperatur erwärmt wer­ den. Bei Erreichen eines bestimmten Verkokungsgrades ergibt sich eine elektrische Leitfähigkeit, die ein ausreichendes Aufheizen von Adsorbern mit üblichen Spannungen erlaubt.

Unter Umständen ist es von Vorteil, wenn die während der Regenerationsphase desorbierten Schadstoffe durch einen Trägergasstrom ausgetragen werden. Der Träger­ gasstrom kann beispielsweise ein Inertgas oder Wasser­ dampf sein. Bei der Verwendung von Wasserdampf als Trägergas werden einerseits die thermische Regeneration und die Verdrängungsregeneration miteinander kombiniert und andererseits die Schadstoffe durch Kondensation besonders einfach abgeschieden. Durch die direkte Hei­ zung wird jedoch die Bildung von Wasserdampfkondensat in den Poren des adsorbierenden Materials verhindert, die bei den bekannten Verdrängungs-Regenerationsverfah­ ren die Diffusion der desorbierenden Schadstoffmoleküle behindert, und so die Regeneration nach wenigen Zyklen zum Erliegen bringt.

Bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es weiterhin von Vorteil, wenn zwei oder mehr Ad­ sorbersäulen verwendet werden, deren adsorbierendes Material elektrisch leitfähig ist. Durch die Verwendung von mindestens zwei Adsorbersäulen kann die Vorrichtung durch einfaches Umschalten einer bzw. mehrer Säulen wechselseitig beladen und regeneriert werden, so daß ein kontinuierlicher Betrieb der Adsorptionsvorrichtung ohne Wechseln des Adsorbens möglich ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Regeneration von Adsorbern, bei dem das adsorbierende Material elektrisch leitfähig ist und mittels elektrischem Strom auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das adsorbierte Material ausgetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß als adsorbierendes elek­ trisch leitfähiges Material gepreßte oder faserförmige Aktivkohle verwendet wird, und daß der Stromdurchgang derart erfolgt, daß das Material im gesamten Volumen gleichmäßig erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als adsorbierendes Material Aktivkohle verwendet wird, die durch Sintern gleichmä­ ßig elektrisch leitfähig gemacht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material durch direkten Stromdurchgang erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material induktiv mit einer Induktionsheizung erwärmt wird.

5. Verfahren zur Regeneration von Adsorbern, bei dem das adsorbierende Material auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das adsorbierte Material ausgetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß als adsorbierendes Material gepreßte oder faserförmige Aktivkohle verwendet wird, und daß die Erwärmung durch eine Mikrowellenheizung derart erfolgt, daß das Material im gesamten Volumen gleichmäßig erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration in der Adsorber-Vorrichtung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf als Spülgas verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas als Spülgas verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Adsorber­ säulen verwendet werden, die abwechselnd mit dem schad­ stoffbeladenen Fluid beaufschlagt bzw. regeneriert werden.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material in Form von Rohren oder Hohl-Fasern vorliegt, durch die das schadstoffbeladene Fluid strömt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorbierende Material in Form von Matten vorliegt, durch die das schadstoff­ beladene Fluid strömt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine lösungsmittelselektive Membran vorgesehen ist, in der sich das desorbierte Lösungsmittel bevorzugt löst.