DE4104513A1 - Verfahren zur regeneration von adsorbern - Google Patents
Verfahren zur regeneration von adsorbernInfo
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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.
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