DE4333619A1 - Zur Abluftreinigung mit Gastremmembanen und biologischen Abbau - Google Patents

Description

1 Aufgabenstellung

Bei der Herstellung und Anwendung von Lösemitteln, bei der Recyc­ lingtechnik und bei Prozessen, bei denen Lösemittel entstehen, be­ steht die Aufgabe, diese wieder aus der Abluft zu entfernen, bevor die Abluft in die Atmosphäre übergeht.

Unter Lösemitteln werden im weitesten Sinne Dämpfe flüchtiger or­ ganischer und anorganischer Flüssigkeiten mit erkennbarem Dampf­ druck unter Atmosphärenbedingungen verstanden, für die z. B. fol­ gende, in der Umgangssprache gebräuchlichen Begriffe verwendet werden: Kohlenwasserstoffe (KW), Leichtsieder, Mittelsieder, Käl­ temittel, chlorierte KW (CKW), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Amine, Benzin, z. B. Schwefelwasserstoff (anorganisch) und Schwe­ feldioxid/-trioxid und die zur chemischen Familie der genannten Stoffe gehörigen weiteren Verbindungen sowie weitere, hier nicht erwähnte Stoffe.

Der Lösemittelherstellung können z. B. folgende Produktionsbereiche zugeordnet werden: Chemische Werke, Raffinerie, Crackanlagen oder Syntheseanlagen.

Die Lösemittelanwendung erfolgt z. B. in folgenden Branchen und Prozessen: Farbenherstellung, Lackierung, Entlackung, Petrochemi­ sche Industrie (Benzin), Tankstellen, grafisches Gewerbe, Kühlan­ lagen, industrielle Reinigung (Metallindustrie, optische, elektro­ nische und elektrotechnische Industrie), Reinigung (Textilbran­ che), Entfettung, Klebstoffherstellung, Herstellung von Boden- und Wandbelägen, Einbau (verkleben) von Boden- und Wandbelägen, Anwen­ dung von Gummilösungen. Dichtungswerkstoffe (flüssig, pastös), Be­ schichtungstechnik (Folien, Klebebänder), Kaschierungen, Möbelin­ dustrie, Photochemie, Leiterplattenherstellung, Gummiverarbeitung, Vulkanisation, Automobilbranche, Gießereibranche (Kernherstel­ lung), Chemikalienherstellung, Zwischenstufen bei Herstellprozes­ sen, Pharmaindustrie, Kunststoffherstellung, Kunststoffverarbei­ tung, Lösen von Stoffen und Verarbeitung, Schäumen von Kunststof­ fen, Lederverarbeitung, Pelzverarbeitung, Folienverarbeitung sowie Verpackungsindustrie.

Bei folgenden Vorgängen und Prozessen z. B. bilden sich Lösemittel: Gießprozeß, chemische oder thermische Prozeßvorgänge, Austrag von Lösemittel in die Luft (Rückstrippen, Abwasserbehandlungsanlagen, Kläranlagen, Deponie).

In der Recyclingtechnik fallen bei folgenden Prozessen Lösemittel an: Entsorgung lösemittel-, CKW- oder FCKW-haltiger Stoffe (z. B. geschäumte Kunststoffe), Entsorgung lösemittel-, CKW- oder FCKW- haltiger Anlagen (z. B. Kühlaggregate), Farbenaufarbeitung, Löse­ mittelaufarbeitung, Bodensanierung oder Adsorber-Regenerierung, Rest-Lösemittelgehalte in der Luft bei Lösemittel-Abreinigungs- und -rückgewinnungsanlagen.

Die Beseitigung der Lösemittel aus der Luft kann mit Hilfe der thermischen oder katalytischen Verbrennung erfolgen. Nachteilig ist die bleibende Stoffumwandlung im wesentlichen zu Kohlendioxid und Wasser sowie weiteren Stoffen, was letztlich eine unnötige Ressourcenverschwendung und Umweltbelastung darstellt.

Eine weitere irreversible Methode der Beseitigung biologisch ab­ baubarer Lösemittel ist die biologische Abreinigung mit der Tech­ nik des Biofilters, des Biowäschers oder der Biomembran. Für den biologischen Abbau ist es erforderlich, daß die Lösemittel zu­ nächst in Wasser absorbiert und anschließend von auf dem Biofil­ termaterial angesiedelten, im Umlaufwasser des Biowäschers enthal­ tenen und auf den Tropfkörpern angesiedelten sowie auf oder in der Biomembran enthaltenen Mikroorganismen über die lösemittelspezifi­ schen biochemischen Abbauwege in einfachere Verbindungen abgebaut werden. Man unterscheidet biologische Abbauverfahren, die unter Sauerstoffabschluß (Anaerob-Verfahren: Entstehung z. B. einfacherer Kohlenwasserstoff-Verbindungen, wie z. B. Methan) oder unter Sauer­ stoffzutritt (Aerob-verfahren: Entstehung von Kohlendioxid und Wasser) arbeiten.

Neben stoffumwandelnden Verfahren können regenerative Verfahren eingesetzt werden, z. B. die ab- oder adsorptive Bindung der Löse­ mittel, mit denen die Reingaswerte i.R. erreicht werden können, einen Regenerationsschritt erfordern und vielfach sekundäre Um­ weltprobleme schaffen, wie erhöhten Energieaufwand oder Abwasser­ probleme. Sie sind i.R. apparativ aufwendiger und kostenintensiver als Verbrennungsprozesse.

Weiter ist die regenerative Technik der Lösemittelabscheidung mit Hilfe von Gastrennmembranen und i.R. in Verbindung mit der Konden­ sation bekannt. Bei niedrigen Rohgaskonzentrationen und/oder einem niedrigen Reinluftwert, der vielfach auch mit hohen Rohgasmengen verbunden ist, steigt der technische Aufwand erheblich an. Der grundsätzliche Nachteil liegt darin, daß die geforderten Reinluft­ werte selbst unter Inkaufnahme eines erhöhten technischen Aufwands in den seltensten Fällen erreicht werden.

Die Gasmembran-Trenntechnik hat den Vorteil, daß die Lösemittel nur abgetrennt, aber nicht chemisch in andere Stoffe umgewandelt werden, so daß sie entweder in Dampfform oder nach ihrer Abkühlung als Flüssigkeit vorliegen und wieder für einen erneuten Einsatz zur Verfügung stehen (Recyclinggedanke, Ressourcenschonung) oder als Flüssigkeit dem Gesamtprozeß entzogen werden können (z. B. Wie­ deraufarbeitung).

2 Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine verfahrenstechni­ sche Einrichtung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile der verschiedenen Abreinigungsverfahren vermeidet, wie z. B. irrversib­ le Stoffumwandlung oder Nichterreichen der Abluftbedingungen und es unter wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten ermöglicht, die geforderten Reingaswerte zu erreichen und die Lösemittel wei­ testgehend zurückzugewinnen, ohne Ressourcen unnötig zu verschwen­ den und unnötige sekundäre Umweltbelastungen zu schaffen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zunächst in einer ersten regenerativen Abreinigungsstufe mit Hilfe der Gasmembran- Trenntechnik ein großer Teil der Lösemittel zurückgewonnen wird und in einer nachgeschalteten irreversiblen biologischen Abreini­ gungsstufe der Reingaswert vollends auf den geforderten Wert ge­ bracht wird.

Die in der Gasmembran-Trennstufe aus dem Rohgasstrom entfernten Lösemittel fallen in aufkonzentrierter Form im sogenannten Per­ meatstrom an, der direkt wieder in den Prozeß (Arbeitsraum - An­ fallstelle des Lösemittels) eingespeist oder durch Abkühlung aus­ kondensiert werden kann. Das Kondensat läßt sich ebenfalls wieder im Prozeß (Arbeitsraum - Anfallstelle des Lösemittels) einsetzen oder wird aus dem Prozeß geschleust (für externe Aufbereitung oder Wiedereinsatz). Das Reingas, das trotz aller technischen Maßnahmen noch geringe Mengen von Rest-Lösemitteln enthält, kann ebenfalls dem Prozeß (Arbeitsraum - Anfallstelle des Lösemittels) teilweise oder vollständig wieder zugeführt werden (Rückführung).

Fig. 1 zeigt ein Blockschema des Abreinigungsverfahrens mit fol­ genden Positionen:

1 Frischluft (Atmosphärenluft)
2 Arbeitsraum des Prozesses
3 Gasmembran-Trennanlage
4 Biologischer Abbauprozeß
5 Übertritt Reingas in Atmosphäre
6 Verflüssigung der Lösemitteldämpfe (Verflüssiger)
7 Speicher für Flüssig-Lösemittel
8 Externe Abgabe von Flüssig-Lösemittel
9 Speicher für aufkonzentrierte Lösemitteldämpfe
10 Prozeßzugabe von Stoffen mit Primär-Lösemitteln oder nur Primär-Lösemitteln
11 Zuführweg für Primär-Lösemittel
20 Zuluftleitung in den Prozeß für Atmosphärenluft
21 Reingasrückführleitung in den Prozeß
22 Gemeinsame Leitung für Atmosphärenluft und Reingasrückführung in den Prozeß
23 Ausströmleitung aus Arbeitsraum des Prozesses
24 Ausströmleitung aus Gasmembran-Trennanlage
25 Ausströmleitung aus biologischem Abbauprozeß
26 Abströmleitung des Reingases in Atmosphäre
27 Permeatleitung (aufkonzentrierte Lösemittel-Dämpfe) aus Gas­ membran-Trennanlage
28 Permeatleitung in Verflüssiger
29 Permeatleitung in Speicher für aufkonzentrierte Lösemittel­ dämpfe
30 Leitung flüssige Lösemittel in Speicher für Flüssig-Lösemittel
31 Entnahmeleitung für externe Abgabe flüssiger Lösemittel
32 Rückführleitung für Flüssig-Lösemittel aus Speicher 7 in den Prozeß
33 Rückführleitung für aufkonzentrierte Lösemittel-Dämpfe aus Speicher (9) in den Prozeß
34 Umgehungsleitung Gasmembran-Trennanlage
35 Umgehungsleitung biologischer Abbauprozeß

Den eingangs beschriebenen Prozessen werden über den Weg 11 ent­ sprechend den Prozeßrandbedingungen direkt oder in Verbindung mit anderen Stoffen Primär-Lösemittel zugeführt, die im Arbeitsraum 2 des Prozesses verdampfen und sich mit der im Arbeitsraum ent­ haltenen und/oder über die gemeinsame Leitung 22 für Frischluft und/oder über die Reingasrückführung zugeführte Luft vermischen. Anstelle einer diskreten Zuführung von Frischluft 20 oder von Reingas über die Reingasrückführung 21 über die gemeinsame Lei­ tung 22 kann auch durch Öffnen des Arbeitsraums oder über Un­ dichtheiten zur Atmosphäre eine Verbindung zu dieser beabsichtigt und/oder unbeabsichtigt hergestellt werden, bei der Atmosphären­ luft in den Arbeitsraum eintritt, was ebenfalls zu der erwähnten Vermischung mit Lösemitteldämpfen führt.

Anstelle von Luft sind auch andere Trägergase möglich, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid sowie Mischungen solcher Gase, wobei in diesem Fall Pos. 1 einen entsprechenden Speicher für Trägergase darstellt. Falls das Trägergas nicht die für einen aeroben biolo­ gischen Abbauprozeß ausreichende Menge Sauerstoff enthält, kann z. B. über die Leitung 41 Frischluft z. B. aus der Atmosphäre oder reiner Sauerstoff zugeführt werden. Bei Trägergasen ohne Sauer­ stoff kann der biologische Abbauprozeß auch aerob geführt werden. Über die Abströmleitung 26 des Reingases oder durch freie Ab­ strömung aus der biologischen Abbaustufe tritt das Trägergas in die Atmosphäre über. Die Beschreibung erfolgt am Beispiel des Trä­ gergases Luft und kann entsprechend auf andere Trägergase- oder Trägergasgemische übertragen werden.

Die Atmosphärenluft kann z. B. entsprechend der zulässigen maxima­ len Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) oder technischen Richt­ konzentration (TRK) eine Grundkonzentration von Lösemitteln auf­ weisen, wobei allerdings die Konzentration c. wie auch die Rest­ konzentration c₃ im Reingas gemessen an den prozeßbedingten größ­ ten Konzentrationen (z. B. c₁ c₂ oder c₄) näherungsweise als ver­ nachlässigbar und als Null angesehen werden können.

Aus dem Arbeitsraum 2 des Prozesses wird über die Ausströmlei­ tung 23 das Lösemittel-Luftgemisch mit der Konzentration c₁ , die eine direkte Einleitung in die Atmosphäre verbietet, entnommen und der Gasmembran-Trennanlage 3 zugeführt. In dieser wird Löse­ mittel aus der Luft mit den hinreichend bekannten technischen Mit­ teln abgescheiden und ein an Lösemittel-Dämpfen auf c₄<c₁ aufkon­ zentrierter Permeatastrom erzeugt wird.

Alternativ dazu kann sich das Lösemittel-Luftgemisch in der Aus­ strömleitung 23 z. B. durch Absaugen eines offenen Arbeitsraums 2, durch äußeres oder inneres Absaugen von Undichtheiten eines geschlossenen Arbeitsraums 2 oder aber auch durch Absaugen beim Öffnen eines geschlossenen Arbeitsraumes 2 bilden, wenn Atmo­ sphärenluft eindringt und/oder das Lösemittel-Luftgemisch aus dem Arbeitsraum 2 entweicht.

Über die Ausströmleitung 24 der Gasmembran-Trennanlage gelangt das lösemittelabgereicherte Gemisch der Konzentration c₂ in die biologische Abbauprozeßstufe 4 und verläßt diese mit der Kon­ zentration c₃<c₂ entweder durch Freiabströmung oder über die Aus­ strömleitung 25 aus dem biologischen Abbauprozeß in die Atmo­ sphäre.

Mit Hilfe der Reingasrückführleitung 21 kann ein Teil des abge­ reinigten Reingases mit einer Restkonzentration an Lösemitteln in den Prozeß wieder zugeführt werden. Liegt der Anteil bei 0%, so liegt ein vollständig offener Prozeß und bei einem Anteil von 100% ein vollständig geschlossener Prozeß (Kreisprozeß) vor. Mit zu­ nehmender Reingasrückführmenge reduziert sich die der Atmosphäre entnommene Frischluft- 1 sowie zugeführte Reingasmenge und damit zwangsläufig die Menge der in die Atmosphäre abgeführten Lösemit­ telmenge.

Je nach den Anforderungen der Prozeßführung im Arbeitsraum 2 können die über die Permeatleitung 27 abgeführten aufkonzen­ trierten Lösemittel-Dämpfe teilweise oder vollständig über den Speicher 9 und/oder die im Verflüssiger 6 in die Flüssigphase übergeführten aufkonzentrierten Lösemittel-Dämpfe über den Flüs­ sig-Lösemittelspeicher 7 teilweise oder vollständig dem Arbeits­ raum 2 wieder zugeführt werden. Genau ist es möglich, die Rück­ führung von aufkonzentrierten Lösemittel-Dämpfen oder von Flüs­ sig-Lösemitteln zu unterlassen und die Flüssiglösemittel komplett extern abzuführen, um sie wieder einer Aufbereitung zuzuführen oder zu entsorgen.

Die Gasmembran-Trennanlage 2 oder der biologische Abbauprozeß 4 können mit den Leitungen 34 und 35 bei Bedarf umgangen werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Abtrennen von Lösemittel aus einem lösemittelhaltigen Trägergas und zum Reinigen des Trägergases in einem mehrstufigen Prozeß, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten regenerativen Abreinigungsstufe mit Hilfe der Gasmembrantechnik ein großer Teil der Lösemittel zurückgewonnen wird und in einer nachgeschalteten zweiten irreversiblen, biologischen Abreinigungsstufe der Reingaswert vollends auf den geforder­ ten Wert gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein eines sauerstoffhaltigen Trägergases die biologische Abreinigungsstufe aerob betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein eines Trägergases ohne Sauerstoff die biologische Abreinigungsstufe anaerob betrieben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der regenerativen Abreinigungsstufe erhaltenen Lösemitteldämpfe gespeichert oder einem Verflüssiger zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösemitteldämpfe über den Speicher oder den Verflüssiger ganz oder teilweise der Wiederverwendung zugeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in der biologischen Abreinigungsstufe erhaltene Reingas der Wiederverwendung zugeführt wird.

7. Vorrichtung zum Abtrennen von Lösemittel aus einem lösemittelhaltigen Trägergas und zum Reinigen des Tragergases mit zwei Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste, regenerative Abreinigungsstufe mit einer Gasmembran-Trennanlage (3) und eine der ersten Stufe nachgeschaltete zweite, biologische Abreinigungsstufe (4) für einen irrever­ siblen Abbauprozeß aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohgasseite der Gasmembran-Trennanlage (3) mit der biologischen Abreinigungsstufe (4) und die Permeat­ seite der Gasmembran-Trennanlage (3) mit einem Speicher (7) oder einem Verflüssiger (6) für konzentrierte Lösungsmitteldämpfe verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (7) und/oder Verflüssiger (6) über eine Leitung (33 bzw. 32) mit einem der Wiederverwendung des Lösemittels dienenden Arbeitsraum (2) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der biologischen Abreinigungsstufe (4) über eine Leitung (40, 22) mit einem der Wiederverwendung des Reingases dienenden Arbeitsraum (2) verbunden ist.