DE2301445A1 - Verfahren zur entgiftung und desodorierung von gasen und daempfen durch thermische behandlung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Entgiftung und Desodorierung von Gasen und Dämpfen durch thermische Behandlung ~~ Durch die steigenden Anforderungen des Umweltschutzes bedingt, ist es in noch größerem Umfang als bisher erforderlicn Gase und Dämpfe, die bei zahlreichen Umwandlungs-, Reinigungs- und Trockenprozessen entstehen, zu entgiften und/oder zu desodorieren.
• Hierzu gehört auch die Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren.
• Diese Gase oder Dämpfe enthalten wechselnde Mengen verschiedenster Substanzen, die z,T. giftig sind, wie Kohlenoxyd, Kohlenwasserstoffe oder Schwefelwasserstoff, Merkaptane, Lösungsmittel usw, oder auch nur geringe Mengen geruchbelästigender Stoffe, Für die Beseitigung dieser Begleitstoffe werden vielfach die Verfahren der Absorption oder Adsorption angewandt, die aber aus verschiedenein, vor allem wirtschaftlichen Gründen nur in beschränkten Bereichen praktiziert werden können. Daneben gibt es die Verfahren der thermischen und katalytischen Nachverbrennung, die darauf beruhen, daß das zu reinigende Gas auf ca. 700 - 8000C gebracht wird, wobei die Begleitstoffeunter Luftüberschuß verbrennen und hierdurch unschädlich gemacht werden. Bei dem Verfahren der katalyt ischen Nachverbr enrning kann die Ums etzungst emp eratur durch die Anwendung von Katalysatoren herabgesetzt werden. Bei beiden Verfahren ist ärmezufr erforderlich, um die Umsetzungstemperaturen zu erreichen. Die hierfür aufzubrlngende Wärmemenge, die bei den häufig vorliegenden großen Gasmengen für die Betriebskosten einer derartigen Anlage entscheidend ist, kann dadurch verringert werden, daß das behandelte Gas über Wärmetauscher seine Wärme zum Teil an das zu behandelnde Gas abgibt. Oder es wird unter evtl. Verzicht auf Wärmetauscher eine Abhitzeverwertung nachgeschaltet.
• Es ist bekannt, daß das rein thermische wie auch das thermischkatalytische Verfahren große Nachteile aufweisen. Der rekupe-.
• tive Wärmetausch erfordert große Wärmeübergangsflächen aus gut wärmeleitendem, jedoch der Korrosion ausgesetztem Material. Hinzu ungünstige kommen die Abdichtungsschwierigkeiten und Aberhaupt der/Einsatz der Wärmetauscher bei höheren Temperaturen.
• Um die Heizflächen nicht zu groß dimensionieren zu müssen, begnügt man sich mit nur einer teilweisen Wärmeausnutzung des Abgases-, wodurch sich der Wärmeverbrauch der Anlage erhöht. Bei der katalytischen Nachverbrennung fallen die Nachteile der Empfindlichkeit des Katalysators gegen Überhitzung und Vergiftung sowie dessen beschränkte Lebendauer zusätzlich ins Gewicht.
• Weiterhin ist seit langer Zeit bekannt, daß z.B. die Aufwärmung von Luft oder Heizgas auf regenerativem Wege in mindestens zwei Regeneratoren, die abwechselnd betrieben werden, erfolgen kann (Anwendungen: Cowpersche Winderhitzer, Lufterhitzer bei Schmelzöfen, regenerative Luftkühlung bei Luftverflüssigungsanlagen usw.).
• Die Umschaltorgane und Rohrleitungen sind hier, wenigstens in den erstgenannten Fällen zum Teil hoher Temperatur ausgesetzt und sind dementsprechend anfällig. Bei den Ljungström-Wärmetauschern findet der Wärmetausch in bewegten Tauscherflächen statt, deren Nachteile besonders für die vorliegenden Anwendungsfälle offensichtlich sind.
• Nach Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, Band 1, Seite 825 ist ein Schmelzflammofen nach dem Regenerativ-Verfahren, das darin besteht, feuerfest gemauerte Wärmespeicher abwechseld von den Ofenabgasen und der Verbrennungsluft bzw. den Heizgasen durchströmen zu lassen, bekannt. Nach Ullmann, Band 6, Seite 354 ist eine Regenerativfeuerung in Kompaktbauweise bekannt, deren Regenerativ-Kammern mit einer Zusatzheizung versehen sind.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entgiftung und/oder Desodorierung von sauerstoffhaltigen Gasen und Dämpfen durch thermische Behandlung mit Wärmerückgewinnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas nach Mischung mit einem brennbaren Gas, wobei das Mischungsverhältnis unter der unteren Explosionsgrenze liegt, mit wechselnder Strömungsrichtung axial durch einen mit Wärmespeichermasse gefüllten, vorwiegend zylindrischen und wärmeisolierten Regenerator mit drei Zonen geführt wird und in der mittleren Zone nach Aufheizen die Umsetzungstemperatur des zu behandelnden Gases durch Verbrennung des zugemischten Brenngases und der zu entfernenden Begleitstoffe aufrechterhalten wird, Das vorstehend beschriebene Verfahren vermeidet die Nachteile der oben beschriebenen thermischen Verfahren. Die regenerative Aufheizung des Gases, die Verbrennung detAnerwünschten Fremdbestandteile des Gases und dessen regenerative Abkühlung erfolgt in einem Apparat, der aus zwei Speicherzonen und einer dazwischenliegenden Verbrennungszone besteht und der abwechselnd von der einen und der anderen Seite mit dem zu behandelndem Gas bzw einer Mischung aus zu behandelndem Gas und Brenngas beschickt wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das abgehende Gas wegen des leicht zu erreichenden guten Wirkungsgrades der Regeneratoren nahezu auf dessen Eingangstemperatur abgekühlt wird und dementsprechend der Wärmebedarf zum Erreichen der hohen Zündtemperatur der Gasbeimengungen nur gering ist. Außerdem spielt sich das Verfahren in einer sehr einfachen und unempfindlichen Apparatur ab, die im wesentlichen aus einem zweckmäßigerweise zylindrischen, isolierten und teilweise ausgemauerten Mantel besteht, in dem das wärmespeichernde Material aus Keramik oder Metall, in mehrere Zonen aufgeteilt, untergebracht ist. Die für die Umschaltung der Gasströmung erforderlichen Absperrorgane sind kaltgehend und werden periodisch in bestimmter Reihenfolge betätigt.
• Die Zusatzbeheizung ist vor allem zum Anheizen der Anlage erforderlich und kann während des Betriebes reduziert werden oder sogar entfallen, wenn die zu behandelnden Gase beispielsweise mehr als ca. 10 g/Nm Gas Begleitstoffe mit einem Heizwert von 11u = 5000 kcal/kg enthalten. Bei einer noch größeren Menge-ist dafür zu sorgen, daß durch etwa zusätzlich eingeführte kalte Luft die Temperatur im heißen Teil nicht zu hoch wird. Für die Zusatzheizung selbst kann ein Leicht- oder Schweröl, ein brennbares Gas oder auch, vor allem bei kleineren Anlagen, elektrische Energie eingesetzt werden. Sie dient im wesentlichen nur dazu, die Wärmeverluste des Apparates nach außen und daneben die Abgasverluste zu decken. -Zweckmäßigerweise wird der mittlere, das heißt, der heißgehende Teil des Apparates, feuerfest ausgemauert, während für die brigen Teile Isolierung des Mantels von innen oder außen genügt.
• Das wärmespeichernde Material kann aus Keramik oder einem Metall etwa Gusseisen bestehen. Es kann sich die Kombination von beiden und zwar für die heißgehenden Teile Keramik und die kältergehenden Metall empfehlen, wobei natürlich eine evtl. Unterschreitung des Taupunktes zu beachten ist.
• Um die Apparatedimensionen möglichst klein zu halten, ist es zweckmäßig, mit kurzen Umschaltzeiten zu arbeiten, beispielsweise mit 2 - 3 Minuten und dünnwandiges Speichermaterial mit großer Oberfläche und guter Wärmeleitfähigkeit zu verwenden.
• Es ist auch möglich, im heißgehenden Teil noch Katalysator enthaltende Schichten unterzubringen, sofern dies zweckmäßig erscheint. Bei diesen Katalysatoren kommt es dann nicht auf besonders niedrige Anspringtemperatur an, so daß unempfindliche Sorten gewählt werden können.
• Sofern eine Direkt einführung von zu behandelndem Gas in die heiße Zone während der Umschaltzeit erforderlich erscheint, ist es ferner möglich, dieses Gas in eine kleine Brennkammer zu führen, die durch einen gesonderten, ständig arbeitenden kleinen Brenner erwärmt wird und über ein keramisch ausgekleidetes Speicher-Gitterwerk mit der heißen Zone des Hauptapparates verbunden ist.
• Auf diese Weise wird erreicht, daß auch das kurzzeitig direkt eingeführte an sich kalte Gas, die heiße Zone nicht abkühlt und eine sichere Umsetzung auch während der Umschaltzeit gewährleistet ist.
• An einem Ausführungsbeispiel seien die näheren Verhältnisse darstellt: Es sind 3600 Nm3/h Luft zu desodorieren, die mit OOC in den Apparat eintritt und ihn mit 90 - 11000 (durchschnittlich 1000C) verläßt. In dem Reaktor wird in dem ersten Reaktorteil die Luft auf ca. 7000C erwärmt, durch die Beimischung von Rauchgasen einer Ölfeuerung mit einem stündlichen Verbrauch von ca. 15 kg Heizöl auf die Endtemperatur von ca. 8000C gebracht und gibt ihre Wärme dann in den driten Reaktorteil ab. Nach 2 - 3 Minuten erfolgt die Umschaltung, bei der die Strömungsrichtung in dem Apparat umgekehrt wird. Die Regeneratoren bestehen aus Gußplatten, einer Art verrippter Roststäbe, mit je 5 mm Wandstärke und 5 mm Spalten von insgesamt je 15 t Gewicht. Im heißesten, dem zweiten Reaktorteil, sind die Stäbe aus hitzebeständig legiertem Material gefertigt, außerdem ist der Mantel des Apparates in dieser Zone feuerfest ausgemauert. Der lichte Schacht durchmesser beträgt 1200 mm, die beiden Regeneratorteile besitzen eine Höhe von je 3500 mm und die Gesamtlänge des senkrecht stehenden Apparates beträgt ca. 10.000 mm. Der Stahlmantel besitzt in dem ausgemauerten Teil einen Durchmesser von ca. 1600 mm> in den übrigen Teilen von ca. 1200 mm. Zur Deckung der Verlustwärmen müssen etwa 140 000 kcalXh über etwa 2 Ölbrenner von/je 10 kg/h dlverbrauch auf gebracht werden. Die Anheizzeit beträgt rund 4 Stunden. Zur Warmhaltung des nicht beaufschlagten Apparates genügen je nach Ausführung der Isolation ca. 5 - 10 kg/h Heizöl. Die Regelung der Ölbrenner erfolgt über die Temperatur im heißen Teil und die Umschaltung auf wechselnde Strömungsrichtung in Abhängigkeit von der Zeit, so daß die Anlage selbsttätig ohne Bedienung arbeitet.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens wird anhand der Figur beispielsweise beschrieben: Das in einer Rohrleitung (1) ankommende, zu behandelnde Gas wird über ein Mehrwegeventil (2) in den Apparat geführt, durchströmt sich aufwärmend die l'Järmespeicherschichten (3) und gelangt in die Brennkammer (4). Beim Durchströmen der weiteren Wärmespeicherschichten (3) gibt das Gas den größten Teil seiner Wärme wieder ab und gelangt über ein Mehrwegeventil (5) in die Abgasleitung (G). Dieser Gasweg ist innerhalb des Apparates durch den ausgezogenen Pfeil gekennzeichnet. Nach Verlauf einer festgelegten Zeit werden die Mehrwegeventile (2) und (5) so umgestellt, daß die Strömungsrichtung innerhalb des Apparates, wie durch den gestrichelten Pfeil gekennzeichnet, in umgekehrter Richtung verläuft. Während der Zeit des Umschaltens wird das Absperrorgan (7) gegebenenfalls kurzzeitig geöffnet, so daß das Brenngas und/oder zu behandelndes Gas unmittelbar in die heiße Brennkammer (4) gelangt, wodurch keine Unterbrechung des Gasstromes eintritt. Der Apparat selbst besteht aus dem stählernen, isolierten Mantel (8), der mit einer Ausmauerung (9) versehen ist, Regler (10) schaltet die Strömungsrichtung des zu behandelnden Gases. Regler (12) begrenzt aus Sicherheitsgründen das Mischungsverhältnis von zu behandelndem Gas mit Brenngas, das aus einer Rohrleitung (13) kommt, während Regler (11) abhängig von der Temperatur in der Brennkammer (4) die zuzumischende Brenngasmenge regelt.
• 14 bedeutet die Temperaturfühler für Regler 11.

Claims (5)

1. Patentansprüche:
2. Verfahren Verfahren zur Entgiftung und/oder Desodorierung von sauerstoffhaltigen Gasen und Dämpfen durch thermische Behandlung mit Wärmerückgewinnung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas nach Mischung mit einem brennbaren Gas, wobei das Mischungsverhältnis unter der unter Explosionsgrenze liegt, mit wechselnder Strömungsrichtung axial durch einen mit Wärmespeichermasse gefüllten, vorwiegend zylindrischen und wärmeisolierten Regenerator mit drei Zonen geführt wird und in der mittleren Zone nach Aufheizen die Umsetzungstelllpelatur des zu behandelnden Gases durch Verbrennung des zugemischten Brenngases und der zu entfernenden Begleitstoffe aufrechterhalten wird, 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuzumischende Gasmenge in Abhängigkeit von der Temperatur in der mittleren Zone des Regenerators geregelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr durch Beimischung von brennbarem Gas zur Deckung der Wärmeverluste des Regenerators ganz oder teilweise ersetzt wird durch unmittelbare Wärmezufuhr in die mittlere Zone des Regenerators.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in dem Regenerator durch zwischengeschaltete Katalysatorschichten unterstützt wird.
5. 5. Regenerator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerator aus einem isolierten rohrförmigen Mantel besteht, in dem drei Zonen so angeordnet sind, daß zwischen zwei Wärmetauscherzonen, die Wärmespeichermaterial enthalten, eine feuerfest ausgemauerte Verbrennungszone befindet, wobei die Verbrennungszone Organe für eine Zusatzheizung aufweist und daß Mehrwegeventile in den Gaszu- bzw. Gasableitungen des Regenerators vorgesehen sind, wobei die Mehrwegeventile über eine Zeitsteuerung verbunden sind, L e e r s e i t e