DE2924179A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abluft - Google Patents
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Description
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(1133) H 79/49
10
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abluft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abluft, bei welchem Verfahren die
Abluft bis unterhalb des Tau- oder Sublimationspunktes der in der Abluft enthaltenen gasförmigen Verunreinigungen gekühlt
wird.
Derartige Verfahren werden beispielsweise zur Entfernung von Gasen und Dämpfen vor organischen Verbindungen
aus der Abluft von Lackierereien verwendet. Vorherrschend handelt es sich bei den Gasen und Dämpfen um Lösungsmittel,
v. die bei atmosphärischen Bedingungen gasförmig vorliegen.
Durch die Abkühlung der Abluft auf Temperaturen unterhalb des Tau- oder Sublimationspunktes der Verunreinigungen fallen
diese in flüssiger oder fester Form aus, während die von den
Verunreinigungen befreite Abluft gereinigt abzieht. Zur Abkühlung der Abluft werden Kühlkreisläufe verwendet, die als
Kühlmittel Ammoniak oder halogenierte Kohlenwasserstoffe enthalten.
Da in jüngerer Zeit die höchstzulässigen Konzentrationswerte für Schadstoffe in der Abluft mehr und mehr herabgesetzt
werden, muß die Abluft immer mehr abgekühlt werden,
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um mehr Verunreinigungen zu entfernen, um so die gesetzlichen
Auflagen erfüllen zu können. Die weitere Abkühlung setzt aber aufwendige Kühlkreisläufe voraus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit
dem ohne großen technischen Aufwand auf kostengünstige Weise eine bessere Reinigung von Abluft als bisher ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kühlen der Abluft im Wärmetausch mit in einem
1Q einen Verdichter, Wärmetauscher und eine Entspannungsmaschine
enthaltenden Luft-Kältekreislauf gekühlter Luft vorgenommen wird und die von Verunreinigungen befreite Abluft mit einem
Teil der in der Turbine des Luft-Kältekreislaufs entspannten Luft vermischt und zusammen mit diesem Teil zum Kühlen verwendet
und anschließend mindestens teilweise dem Luft- Kältekreislauf vor dem Verdichter zugeführt wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die zur Kühlung der Abluft erforderliche Kälte durch einen Luft-Kältekreislauf
aufgebracht. In dem Kreislauf wird die Luft zunächst verdichtet, anschließend gekühlt und arbeitsleistend entspannt.
Die entspannte Luft wird dann erneut verdichtet. Der bei der Entspannung erzeugte Kälteüberschuß wird dazu verwendet,
die Abluft zu kühlen. Hierzu wird ein Teilstrom C) aus dem Luft-Kältekreislauf hinter der Entspannungsturbine
abgezweigt und zusammen mit einem bereits gekühlten, von Verunreinigungen befreiten Abluftstrom in Wärmetausch mit
der Abluft gebracht. Mindestens ein Teil des zum Kühlen verwendeten Luftstroms wird dem Luft-Kältekreislauf dann wieder
zugeführt, und zwar vor dem Verdichter. Durch diese Verfahrensweise wird die Kreislaufluft mindestens teilweise
durch trockene Luft ergänzt und zugleich die Kältebilanz der Wärmetauscher ausgeglichen. Eine zusätzliche Trocknungsstufe zur Versorgung des Kältekreislaufs mit Trockenluft
entfällt.
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Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Abluft erheblich besser, d.h. bis zu
einer wesentlich geringeren Schadstoff-Konzentration, zu reinigen, als dies mit den bisher bekannten Verfahren möglieh
war. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit einem geringen technischen Aufwand und unter
niedrigen Betriebskosten durchführen.
In der Abluft enthaltenes Wasser würde in der Regel die zum Kühlen der Abluft verwendeten Wärmetauscher sehr
rasch verstopfen. Um dies zu verhindern, wird bei einer vor- ) teilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes die I
Luft in Wärmetausch mit der zum Kühlen der Abluft verwendeten Luft vor deren Rückführung zum Verdichter vorgekühlt. Die
Vorkühlung erfolgt dabei so weit, daß mindestens ein Teil des in der Abluft enthaltenen Wassers auskondensiert.
Mit Vorteil wird bei einem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem die Abluft in Wechselwärmetauschern vorgekühlt
wird, die zur Kühlung der Abluft verwendete Luft in zwei Teilströme zerlegt, von denen der erste zum Regenerieren,
der zweite zum Kühlen der Wechselwärmetauscher verwendet wird, wobei nur der zweite Teilstrom in den Luft-Kältekreislauf
zurückgeführt wird. Der erste Teilstrom wird ins Freie geblasen. Diese Verfahrensweise ist aber nur dann sinnvoll, wenn die
J Abscheidung des Wassers und der Verunreinigungen getrennt möglich ist. überschneidet sich die Kondensation der Verunreinigungen
mit der Kondensation des Wassers, dann muß das Wasser zusammen mit den kondensierten Verunreinigungen in
flüssiger Form abgeführt werden.
Die beim Kühlen der Abluft auskondensierten und/oder ausgefrorenen Verunreinigungen werden in vorteilhafter Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes in Wärmetausch mit einem Teil der in dem Verdichter des Luft-Kältekreislaufs verdichteten
Luft angewärmt, wobei die dem Kreislauf entnommene Luft nach dem Wärmetausch dem Kreislauf an der Eingangsseite des Ver-35
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dichters wieder zugeführt wird. Die zugeführte Wärmemenge
muß so groß sein, daß sämtliche ausgefrorenen Verunreinigungen in flüssigem bzw. gasförmigem Zustand vorliegen und
ohne Schwierigkeit abgeführt werden können.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt Kondensationswärmetauscher, von
denen erste Strömungsquerschnitte an ihren warmen Enden mit Zuführungen für zu reinigende Abluft versehen sind,
zweite Strömungsquerschnitte an ihren kalten Enden mit der Turbinenausgangsseite und an ihren warmen Enden mit der
( Verdichtereingangsseite eines, einen Verdichter, Wärmetauscher
und eine Entspannungsmaschine enthaltenden Luft-Kältekreislaufs und die kalten Enden der ersten und der zweiten
Strömungsquerschnitte jeweils miteinander verbunden sind.
Grundsätzlich ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch mit einem einzigen Kondensationswärmetauscher möglich. Um jedoch die zur Regenerierung des Kondensat!onswärmetauschers
erforderlichen Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, sind zwei oder zwei Gruppen von Kondensationswärmetauschern
vorgesehen, die abwechselnd beladen und regeneriert werden und so eine kontinuierliche Abluftreinigung ermöglichen.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn dem Kondensationswärmetauscher
ein Wärmetauscher vorgeschaltet ist, ( dessen Kühlquerschnitt einerseits mit den warmen Enden der
zweiten Strömungsquerschnitte und andererseits mit der Eingangsseite des Verdichters verbunden ist. Mit dieser Anordnung
kann, wie schon erwähnt, Wasser aus der Abluft entfernt werden. Je nachdem, ob mit dem Wasser bereits ein Teil der Verunreinigungen
auskondensiert oder nicht, ist dem Wärmetauscher ein Abscheider nachgeschaltet, in dem das Gemisch aus Wasser
und verflüssigten Verunreinigungen ausgeschieden wird oder ist der Wärmetauscher nach Art der Reversing Exchanger ausgebildet
und wird beispielsweise mit einem Teil der gereinigten Abluft regeneriert.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stehen dritte
Querschnitte der Kondensationswärmetauscher einerseits mit der Ausgangsseite des Verdichters und andererseits mit der Eingangsseite
des Verdichters in Verbindung. In der Abtauphase der Kondensationswärmetauscher wird über diese Verbindung warme
Luft aus dem Luft-Kältekreislauf durch die dritten Querschnitte geblasen, um festgefrorene Verunreinigungen zu verflüssigen
bzw. zu verdampfen.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden
anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen ^ beschrieben.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine Modifikation des Verfahrens gemäß Figur 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei der Entfernung «ο von Gasen und Dämpfen organischer Verbindungen angewandt, wie
sie in der Abluft von Lackierereien und/oder kunststoffverarbeitenden Betrieben vorhanden sind. Die .Gase und Dämpfe sind
vorwiegend Lösungsmittel. Derartige Substanzen sind unter ζ~ atmosphärischen Bedingungen gasförmig. Die Abluft enthält etwa
5 bis Io g Verunreinigungen pro kg Luft. Je nach Art des Lösungsmittels
darf der Restgehalt der Verunreinigungen jedoch nur zwischen 2o und 3oo mg/nr betragen. Die hochstzulässigen
Werte sind in der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (T.A. Luft, 1976, Seite 42) zusammengestellt.
In beiden Figuren werden für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Zur Kälteerzeugung steht erfindungsgemäß ein Luft-Kältekreislauf
zur Verfügung, bei dem Luft in einem Verdichter 1 auf etwa 4 bar abs. verdichtet wird. Die Kompressionswärme wird in einem nachfolgenden Kühler 2, der beispielsweise
mit Wasser gekühlt ist, abgeführt. In einem nachfolgenden Wärmetauseher 3 wird die Luft im Wärmetausch mit entspannter
Kreislaufluft auf ca. -9o°C abgekühlt und in einer
Turbine 4 auf etwa 1,2 bar abs. entspannt. Dabei kühlt sie sich auf etwa -13o°C ab. Ein Teil der entspannten Luft wird
zur Abkühlung der komprimierten Luft verwendet und dem Verdichter 1 wieder zugeführt. Der restliche Teil der kalten
Luft (ca. 3o %) wird erfindungsgemäß über die Leitung 9 zum
Kühlen von Abluft verwendet. Für die Abkühlung der Abluft stehen zwei im Wechsel betriebene Kondensationswärmetauscher 5,
6 zur Verfügung. Zur Vorkühlung ist außerdem ein Revex 7 vorgesehen. Die Abluft, die bei 8 mit einem überdruck von etwa
o,5 bar zugeführt wird, gelangt in einen der abwechselnd geschalteten
Kanäle 7a, 7b des Revex 7 und wird dort bis unterhalb des Taupunktes von Wasser abgekühlt, vorzugsweise
2Q auf etwa -3o°C. Auf diese Weise wird der größte Teil des Wassers
bereits in der Vorkühlstufe ausgeschieden. Nach Verlassen des Revex 7 gelangt die zu reinigende Abluft in einen ersten
Strömungsquerschnitt 5a, 6a eines der beiden Kondensationswärmetauscher 5, 6 und wird dort bis unterhalb des Tau-
oder Sublimationspunktes der zu entfernenden Verunreinigungen abgekühlt, z.B. je nach Bedarf auf -8o bis -15o°C.
Die hierzu benötigte Kälte wird zweiten Strömungsquerschnitten 5b, 6b des Wärmetauscher 5,6 über Leitung 9 aus dem Luft-Kältekreislauf
zugeführt. In den ersten Strömungsquerschnitten 5a, 5b kondensieren bzw. frieren die Verunreinigungen aus der
Abluft aus. Die von den Verunreinigungen befreite Abluft wird nach Durchströmen der Kondensationswärmetauscher 5, 6 mit
der über Leitung 9 aus dem Luft-Kältekreislauf entnommenen Luft vermischt und gemeinsam mit dieser den zweiten Strömungs-
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querschnitten 5b, 6b zugeführt. Hierzu sind die kalten Enden
der ersten und zweiten Strömungsquerschnitte 5a, 5b und 6a, 6b miteinander verbunden. Ein Teil des Gemisches wird nach
Verlassen der Kondensationswärmetauscher 5, 6 zum Regenerieren des Revex 7 verwendet, der Rest, der mengenmäßig etwa der
über Leitung 9 entnommenen Luftmenge entspricht, wird zur Kühlung durch einen separaten Querschnitt 7c des Revex 7
geleitet und anschließend wieder dem Luft-Kältekreislauf, und zwar vor dem Verdichter 1, zugeführt. Dem Kältekreislauf
wird somit vorgewärmte und trockene Luft zugeführt, eine
Trocknungsstufe ist nicht erforderlich; außerdem ist die Kältebilanz des Revex 7 ausgeglichen.
Zur Entfernung von fest ausgefrorenen Verunreinigungen wird jeweils ein dritter Querschnitt 5c, 6c des nicht
von Abluft durchströmten Kondensationswärmetauschers 5, 6 von Warmluft durchströmt, die hinter dem Verdichter 1 von dem Luft-Kältekreislauf
über eine Leitung Io abgezweigt wird. Nach dem Wärmetausch wird die entnommene Luftmenge zusammen mit der
zur Kühlung des Revex 7 verwendeten Luft dem Luft-Kältekreislauf vor dem Veruichter 1 wieder zugeführt. Auch hier ergibt
sich der Vorteil, daß einerseits vorgewärmte, trockene Luft in den Luft-Kältekreislauf zurückgeführt wird und daß andererseits
die Kältebilanz der Kondensationswärmetauscher 5, 6 aus- ) geglichen wird. Die Verunreinigungen werden daraufhin in
einen Behälter 11 abgeführt.
Grundsätzlich ist es möglich, die Entfernung der ausgefrorenen Verunreinigungen statt mit v/armer Luft mit einem
Lösungsmittel, beispielsweise mit Methanol, durchzuführen. Mit Hilfe der eingezeichneten Schaltventile kann
das Umschalten des Revex 7 und der beiden Kondensations-Wärmetauscher 5, 6 getrennt und völlig unabhängig voneinander
durchgeführt werden. Es sind somit vier verschiedene Schaltstellungen möglich, je nachdem, ob die Abluft über Kanal 7a
oder 7b in den Kondensations-Wärmetauscher 5 oder 6 gelangt
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Die Umschaltzeit für den Revex 7 beträgt vorzugsweise
Io Minuten, die der Kondensationswärmetauscher 5» 6
6o Minuten.
Figur 2 zeigt eine Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie unterscheidet sich von der iri Fig. 1
gezeigten Verfahrensführung nur durch die Art der Vorkühlung. Anstelle eines Revex ist hier ein Wärmetauscher 12 vorgesehen,
in dem die Abluft in Wärmetausch mit dem aus den zweiten Strömungsquerschnitten 5b, 6b entnommenen Gemisch
aus gereinigter Abluft und Luft aus dem Kältekreislauf gekühlt wird. Die dabei auskondensierenden Luftbestandteile
werden in einem nachfolgenden Abscheider 13 aus der Abluft abgetrennt. Diese Verfahrensweise ist insbesondere dann
von Vorteil, wenn bereits bei der Vorkühluhg ein Teil der Verunreinigungen mit dem V/asser auskondensiert. Würde hier
ein Revex zur Vorkühlung verwendet, so würden die Verunreinigungen
beim Regenerieren des Revex wieder verdampft und ins Freie geblasen werden. Bei der Verwendung des Abscheiders 13
werden die auskondensierten Verunreinigungen dagegen zusammen mit dem Wasser gesammelt und abgeführt. Das in Fig. 1 dargestellte
Verfahren ist somit nur sinnvoll, wenn Wasser und Lösungsmittel getrennt kondensiert werden können.
Ein Teil der zum Kühlen der Abluft verwendeten Luft wird wieder dem Luft-Kältekreislauf vor dem Verdichter 1
zugeführt.
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Claims (7)
10
(H 1133) H 79/49
Fäu/Kp 13.6.79
Patentansprüche
15/!Λ Verfahren zur Reinigung von Abluft, bei dem die Abluft
— bis unterhalb des Tau- oder Sublimationspunktes der in der Abluft enthaltenen gasförmigen Verunreinigungen
gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen der Abluft im Wärmetausch mit in einem einen Verdichter
(l), Wärmetauscher (2,3) und eine Entspannungsturbine (1O
enthaltenden Luft-Kältekreislauf gekühlter Luft vorgenommen wird und die von Verunreinigungen befreite Abluft
mit einem Teil der in der Turbine (4) des Luft-Kältekreislaufs entspannten Luft vermischt und zusammen
mit diesem Teil sum Kühlen verwendet und anschließend mindestens teilweise dem Luft-Kältekreislauf vor dem
Verdichter (1) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft im Wärmetausch mit der zum Kühlen der Abluft
verwendeten Luft vor deren Rückführung zum Verdichter (1) vorgekühlt wird.
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3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Luft in Wechselwärmetauschern
vorgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kühlung der Abluft verwendete " Luft in zwei Teilströme
zerlegt wird, von denen der erste zum Regenerieren, der zweite zum Kühlen der Wechselwärmetauscher (7) verwendet
wird, wobei nur der zweite Teilstrom in den Luft-Kältekreislauf zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3>
dadurch gekennzeichnet, daß die auskondensierten und/oder ausgefrorenen
-% Verunreinigungen im Wärmetausch mit einem Teil der in
dem Verdichter (1) des Luft-Kältekreislaufs verdichteten Luft angewärmt und die dem Kreislauf entnommene Luft nach
dem Wärmetausch dem Kreislauf an der Eingangsseite des Verdichters (1) wieder zugeführt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit Kondensationswärmetauschern,
von denen erste Strömungsquerschnitte an ihren warmen Enden mit Zuführungen für zu reinigende Abluft versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die kalten Enden zweiter Strömungsquerschnitte (5b, 6b) der Kondensationswärmetauscher
(5, 6) mit der Turbinenausgangsseite und die warmen ) Enden der zweiten Strömungsquerschnitte 5b, 6b) mit der
Verdichtereingangsseite eines einen Verdichter (1),
Wärmetauscher (2, 3) und eine Entspannungsturbine (U) enthaltenden Luft-Kältekreislaufs verbunden sind und
daß die kalten Enden der ersten und der zweiten Strömungsquerschnitte jeweils miteinander verbunden sind.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Kondensationswärmetausehern (5, S) ein Wärmetauscher
(7, 12) vorgeschaltet ist, dessen Kühlquerschnitt einerseits mit den warmen Enden der zweiten Strömungs-
5 querschnitte (5b, 6b) und andererseits mit der Eingangsseite des Verdichters (1) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß dritte Querschnitte (5c, 6c) der Kondensations-10
wärmetauscher (5, 6) einerseits mit der Ausgangsseite des Verdichters (1) und andererseits mit der Eingangsseite des Verdichters (1) in Verbindung stehen.
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| DE2924179A DE2924179A1 (de) | 1979-06-15 | 1979-06-15 | Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abluft |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE2924179A Withdrawn DE2924179A1 (de) | 1979-06-15 | 1979-06-15 | Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abluft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2924179A1 (de) |
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