DE3201390A1

DE3201390A1 - Verfahren zur rueckgewinnung eines im wesentlichen wasserfreien desorbats sowie vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens

Info

Publication number: DE3201390A1
Application number: DE3201390A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Phys. 4600 Dortmund Winter
Original assignee: Ceag Verfahrenstechnik 4714 Selm GmbH; CEAG Verfahrenstechnik GmbH
Current assignee: Rekuperator KG Dr-Ing Schack & Co 4000 Duesseld
Priority date: 1982-01-19
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1983-07-28
Also published as: FR2519879B1; CA1188633A; GB2113115B; JPH0127768B2; FR2519879A1; GB8301405D0; JPS58150412A; GB2113115A; US4473381A; DE3201390C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines im wesentlichen wasserfreien Desorbats bei der Desorption von insbesondere mit Lösemitteln beladenen Sorptionsmaterialien mit einem im Kreislauf geführten gasförmigen Desorptionsmedium, wobei das Desorptionsmedium vor seinem Eintritt in das beladene Sorptionsmaterial in einem ersten Wärmetauscher aufgeheizt wird dem mit Desorbat beladenen Desorptionsmedium nach seinem Austri aus dem Sorpti-onsmaterial in einem als Desorbatkondensator ausg< bildeten zweiten Wärmetauscher durch Kühlung Desorbat und in einem adsorptiven Trockner adsorptiv Wasserdampf mindestens

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partiell entzogen v/erden und das gekühlte und getrockneten Desorptionsmedium anschließend von einem Kreislaufgebläse erneut zu dem ersten Wärmetauscher gefördert wird. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur vor teiihaften Durchführung des Verfahrens mit einem Sorptionsmittelbenälter, dar während der Adsorptionsperiode zur Reinigung eines Abluftbzw. Abgasstromes geschaltet ist und der zur Desorption in den Kreislauf eines Desorptionsmediums zusammen mit einem Desorbat-: kondensator, einem adsorptiven Trockner, einer Wärmesenke, ] einem Kreislaufgebläse und einem ersten Wärmetauscher ge- ' schaltet ist.

Aus der DE-OS 29 42 959 ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von an Aktivkohle adsorbierten Stoffen, vorzugsweise von Lösemitteln, durch Desorption mit einem im Kreislauf geführten gasförmigen Desorptionsmedium bekannt, bei dem das aus dem zu desorbierenden Adsorber austretende mit Desorbat beladene Desorptionsmedium in einem in dem Desorptionskreislau: dem Adsorber nachgeschalteten adsorptiven Trockner vom Wasserdampf befreit und danach im Desorbatkondensator bis zur Kondensation des restlichen Desorbat gekühlt wird. Dieses Verfahren bedingt zur wasserarmen Rückgewinnung des Desorbats, < daß der adsorptive Trockner in der Lage ist das gesamte in den Desorptionskreislauf gelangende Wasser aufzunehmen. Dieses Wasser stammt einmal aus der Erzeugung eines inerten Gases dur-Verbrennung, beispielsweise eines Kohlenwasserstoffs; zum anderen wird bei der Abgasreinigung mittels Aktivkohle durch die Aktivkohle das im Abgas vorhandene Wasser adsorbiert, wobei es später zumindest teilweise durch die zu adsorbierenden Verunreinigungen wieder verdrängt wird. Beide Wasseranteile spielen bei der Beurteilung des Wasseranfalls während der Desorption eine entscheidende Rolle. Daher muß nach diesem Verfahren der adsorptive Trockner so ausgelegt werden, daß er das gesamte ir. System anfallende und bei der Desorption freigesetzte Wasser aufnimmt.

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Bei der Auslegung muß darüber hinaus berücksichtigt werden, daß die Temperatur des Desorptionsmediums gegen Schluß der Desorpti phase ansteigt- Durch diesen Temperaturanstieg wird die Speiche fähigkeit des adsorptiven Trockners für Wasserdampf verringert: Bei zu kleiner Auslegung und damit zu hoher Beladung wird unerwünschterweise Wasserdampf vorzeitig wieder freigesetzt. Da nach dieser Patentanmeldung das im adsorptiven Trockner gespeicherte Wasser nach Beendigung der Desorption in der Abkühlungsphase zur Wiederbefeuchtung der Aktivkohle benutzt werde soll, bedarf es einer derartig großen Auslegung.

Daraus ergibt sich die Aufgabenstellung ein gattungsgemäßes Verfahren zu entwickeln, bei dem der adsorptive Trockner auf die für die Wiederbefeuchtung.der Sorptionsmaterialien notwendige Grüße reduziert werden kann, das sicher und ohne aufwendige Regelungstechnik eine im wesentlichen wasserfreie Gewinnung des Desorbats gestattet und das wirtschaftlich einsetzbar ist. Darüber'hinaus ergibt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe das Verfahren vorteilhaft durchgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das Desorptionsmedium vor seinem Eintritt in den adsorptiven Trockner in der Anfangsphase der Desorptionsperiode im Desorbatkondensator zunächst bis nahe der Wassersättigungsgrenze abgekühlt wird, wobei das gekühlte Desorptionsmedium mit in dieser Anfangsphase hoher Wasserdampfsättigung dem adsorptiven Trockner zuströmt und anschließend getrockner aufgeheizt wird, daß in der auf die Anfangsphase folgenden Desorptionsphase das nunmehr mit Desorbat beladene Desorptionsmedium im Desorbatkondensator voll gekühlt wird und daß während der auf diese Desorptionsphase folgenden Kühlphase das nunmehr heiß aus den Sorptionsmaterialier austretende Desorptionsmedium ungekühlt dem adsorptiven Trockner zuströmt. Durch diese Verfahrensführung wird erreicht, daß nicht nur eine Umlagerung des Wassers in der Anfangsphase der Desorptionsperiode von'der Aktivkohle zum adsorptiven Trockner er-

folgt, sondern daß darüber hinaus durch die Desorption des arisorptiven Trockners mit Hilfe der in den Sorptionsmaterialien gespeicherten Wärme das im adsorptiven Trockner gespeicherte Wasser während der Küiphase wieder zur Befeuchtung der Aktivkohle zurück verlagert wird. Dieses Vorgehen hat zwei wesentliche Vorteile: Zum 1. wird durch die Vorkühlung des während der Anfangsphase mit Wasser beladenem Desorptionsmediums eine hohe relative Feuchte erreicht und der adsorptive Trockner bei einer niedrigen Temperatur betrieben. Unter diesen Verhält- < nissen sind Abscheidung und Speicherfähigkeit sehr hoch. Darüber hinaus wird durch die nachfolgende Aufheizung die relative Feuchte des Desorptionsmediums gesenkt; durch die gen:, relative Feuchte wird.das Austreiben von Wasser aus den Sorptionsmaterialien begünstigt. Nach Abschluß dieser Anf angsphaseerfolgt die eigentliche Desorption. Dabei wird der Desorbatkondensator mit voller Kühlleistung betrieben; die Temperatur des -dem adsorptiven Trockner zuströmenden Desorptionsmediums wird dabei verringert. Die Verringerung der Temperatur hat zur Folge, daß das im adsorptiven Trockner eingespeicherte Wasser sicher festgehalten wird. Nach Beendigung der Desorption schließt sich die Kühlphase an; während der Kühlphase steigt '.; Temperatur des aus den Sorptionsmaterialien austretenden Sorptionsmediums an. Der Desorbatkondensator kühlt in dieser Phase das Desorptionsmedium nicht mehr ab; es strömt heiß dem adsorptiven Trockner zu. Druch diese übertragung der Wärme wird adsorptiv gebundenes Wasser aus dem adsorptiven Trockner ausgetrieben und den Sorptionsmaterialien zugeführt. Da in dieser Phase die Aufheizung des Desorptionsmediums außer Betrieb ist» strömt das Desorptionsmedium abgekühlt den Sorptionsmateriaiie: zu, die nun ihrerseits fortschreitend kälter werden. Dabei nehmen die Sorpticnsmaterialien das aus dem adsorptiven Trocknausgetriebene Wasser. Da die Sorptionsmataria] ien keine i3eladung haben, kann ohne weiteres eine über die normale Beiouu: tung von 3 - 5 % hinausgehende WasscrbeLadung eintreten; die

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Adsorption wird dadurch nicht gestört, überschüssiges Wasser wird mit der Abluft bzw. mit dem Abgas aus den Sorptionsmaterialien ausgetragen.

In Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß zur Xnderung der Kühlleistung des Desorbatkondensators dessen Kühlmitteldurchfluß einstellbar ist. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß der Strom des Desorptionmediums mittels eines einstellbaren Bypasses ganz oder teilweise um den Desorbatkondensator geleitet werden kann. Schließlich wird vorgeschlagen, daß der Kühlmitteldurchfluß des Desorbatkondensators und/oder der Bypassdurchfluß zur Umgehung des Desorbatkondensators regelbar ist/sind. Durch diese Vorschläge wird sichergestellt, daß durch Anpassung der Kühlleistung bzw. durch Einstellung des am Desorbatkondensator vorbeigeleiteten Stromes des Desorptionsmediums während der Anfangsphase eine verringerte Kühlleistung zur Verfügung steht bzw. abgenommen wird und daß während der Kühlphase keine Kühlung .mehr erfolgt. Dabei ist es sinnvoll die Eingriffe in den Kühlmitteldurchfluß und/oder den Umgehungsstrom des Desorptionsmediums durch eine Regelung den jeweiligen Verhältnissen anzupassen.

Weiter wird vorgeschlagen, daß die Einstellung bzw. die Regelung des Kühlmitteldurchflusses durch den Desorbatkondensator und / oder des Desorptionsmediumdurchflusses durch den Bypass in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Desorptionsmediums erfolgt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß der Temperaturanstieg des Desorptionsmediums nach Austritt aus dem Sorptionsmateriai als Indikator für den Wassergehalt des Desorptionsmediums herangezogen wird. Die Übernahme des Wassergehalts des Desorptionsmediums als Führungsgröße für Einstellung oder Regelung ist zur Gewinnung eines wasserfreien Desorbats eine vorteilhafte Führungs größe, wenn nicht bei quasi stationären Prozessen einmal bestimmte Zeitintervalle für Anfangsphase, Desorptionsphase und Kühlphase beibehalten werden können.

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Als einfacher Indikator für den Wassergehal t (lots Desorpt j onamediums hat sich dessen Temperaturanstieg nach Austritt au:; ύ·.. Sorptionsmaterial bewährt.

Weiter wird vorgeschlagen, daß das Desorptionsmedium zwischen ? Desorbatkondensator und adsorptiven Trockner in einem weiterer.! Wärmetauscher nachgekühlt und in einem dem adsorptiven Trockne nachgeschalteten Wärmetauscher, insbesondere einem dem Kreisle gebläse nachgeschalteten Wärmetauscher, vorerhitzt wird, wobei der Wärmetransport von der Nachkühlung des Desorptionsmediums
zur \/orerwärmuncj des Desorptionsmediums mittels einer Wärmepumpe mit geschlossenem Kältemittelkreislauf erfolgt. Dieser j Vorschlag ist darm besonders vorteilhaft, wenn die Kondensaticf

I wärme des Desorbats_f die sonst über die Kühlung des DesorLatkondensators abgeführt wird, zur Vorheizung des abgekühlten D sorptionsmediums nach der Trocknung eingesetzt werden soll. D bei fällt naturgemäß in dem als Nachkühler arbeitenden v/eitert Wärmetauscher Kondensat an, das zusammen mit: dem Kondensat aus dem Desorbatkondensator abgeführt wird. Die Verlagerung des K'. densatanfalls kann dabei durch Verringerung der Kühlleistung j des De3orbatkondensators und/oder durch Umgehung des Desorbati kondensators erfolgen. |

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung vorge- j schlagen, die dadruch gekennzeichnet ist, daß der Desorbatkon-| densator zwischen Sorptionsmittelbehälter und adsorptiven TrGl ner angeordnet ist, wobei der Sorptionsmittelbehälter mit eirvf Aktivkohleschüttung versehen ist und die Wärmesenke als mit § einer Kiesschüttung versehener Wärmespeicher ausgebildet ist*! Die .Anordnung des Desorbatkondensators zwischen Sorptionsmittf behälter und adsorptiven Trockner hat normalerweise zur Folget daß im Desorbatkondensator in unerwünschter Weise Wasser anfäl Durch die spezielle Verfahrens führung gelingt es jedoch in di] Anordnung überraschender Weise ein im wesentlichen wasserfrei!

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Desorbat zn gzi-iinnan. Die^ Iisgt daran, daß der adsorptive Trockner vährsnd dar ancschoidandan Phasen auf niedrigem Tempararurniveau gehalten wird und so -ains hoha Speicherfähigkeit für Wasser aufweist. Das iin Kreislauf geführte Desorptionsmediu wird dabei gut getrocknet; ssina relative Feuchte wird bereits in dem Wärmespeicher erheblich gesenkt. Darüber hinaus wird die im Wärmespeicher· gespaicharts Wärmeenergie nutzbar gemacht.

Weiter wird vorgeschlagen, daß im adsorptiven Trockner als bevorzugt Wasser adsorbierendes Sorptionsmaterial zeolithische Molekularsiebe eingesetzt sind. Darüber hinaus wird vorgeschlagen s daß daa Volumen daz bevorzugt Wasser adsorbierenden Sorptionsmittel im adsorptivan Trockner 13-15% des Volumens der sur Abluä/Abgasrainigung ^ingasatatan Aktivkohle beträgt und daß das Volumen dar in dsm WS rir,a spei eher eingesetzten Schüttschicht aus Kies atwa 15-35 Ί das VoiiHnens der eingesetzten Aktivkohle üeträgt.

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Die Verwendung seolithischer Molekularsiebe im adsorptiven i Trockner als bevorzugt !fässer adsorbierendes Sorptionsmittel ■ hat den wesentlichen Vorteil* daß das Wasser aufgrund der 1 Porenstruktur dieses Sorptionsmittels eingebunden wird; die größeren Moleküle der organischen Desorbate können die eingelagerten Wassermoleküle daher nicht verdrängen. Die darüber hinaus angegebenen Auslegungsbereiche für den adsorptiven Trockner b2w. für den Wärmespeicher sind jeweils auf das Volumen der eingesetzten Aktivkohle bezogen. Die Verwendung vor» Volumenverhältnissen ist. dadurch gerechtfertigt, daß die Dichte der Aktivkohle und die Dichte das eingesetzten Molekular- I Siebes von der Beladung abhängen; bei Angaben von Massenver- ]

j hältnissen wäre dies zu berücksichtigen. Es zeigt sicn, daß j durch diese Verfahrensführung der adsorptive Trockner um etwa I 50% gegenüber dar Auslegung nach DE-OS 29 4 2 9 59 verkleinert ; werden kann. ■

Die Ausbildung der Wärmesenke als Wärmespeicher entspricht ι dar Ausbildung das Wärmespeichers gemäß DE-OS 29 52 127. Hier j wie dort dient der Wärmespeicher als Wärmequelle während der | Desorptionsphase, da er während dieser Phast ^ntl^den wird. j Nach Ablauf der Desorptionsphase liegt der Wärmespeicher ent- j laden, d.h. abgekühlt vor. In diesem Zustand ist er für das j Desorptionsmedium, das ihm mit einer höheren Temperatur zu- { strömt, eine Wärmesenke? Das Desorptionsmedium gibt unter Ab- j kühlung Wärme an den Wärmespeicher ab. Wird auf die Nutzung \ der zur Desorption den Sorptionsmaterialien sugeführten Wärme \ verzichtet» wird der Wärmespeicher durch einen Kühler ersetzt. In diesem Falia wird über ihn während der Kühlphase die zur Desorption in das Syst°"i eingebrachte Wärme abgeführt; das Desorptionsmedium, das In dieser Phase die Sorptionsmaterialien zu kühlen hat, vird abgekühlt.

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Das Wesen der Erfindung wird anhand dar schematischen Verfahrensdarstellungen nach Figur 1 bis 3 näher erläutert. Dabei bedeuten die Punkte A und 3 jeweils den Anschluß an den nicht näher dargestellten Sorptionsmittelbehälter. Der Verfahrensablauf wird anhand der Figur 4 am Beispiel einer Sthanoldeso'-ption beschrieben.

Im einzelnen zeigt Figur 1 den Durchfluß des gasförmigen Desorptionsmittels, das vom Sorptionsmaterial kommend bei A in das System eintritt. Das Desorptionsrnedium strömt zunächst dem Desorbatkondensator 1 zu. Ein Bypass 2 mit

j einem einstellbaren Drosselventil 2.1 gestattet das Umgehen

^s des Desorbatkondensarors, wobei der den Desorbatkondensator

umgehende Volumenstrom einstellbar ist. Naturgemäß kann an Stelle der Umgehungsl^itu^g auon eine Einstellung der Kühlleistung des Desorbatlcondensators durch Einstellung des Kühlmitteldarchflasses bzv. der Vorlauf temperatur des Kühlmittels vorgesehen sein. Das Gasorptionsmedium strömt danach dem adsorptiven Trocknar i ia, in dem sich Wasserdampf, be-

{ vorzugt abscheidendes Sorptionsmittel wie Silikagel oder

j Molekularsiebe befindan.

j Nach Austritt aus dam adsorptivan Trockner 4 gelangt das nun-

j mehr getrocknete Desorptionsüiediuiri in die Wärmesenke 5, dio

j hier als Wärmespaichor in Anlehnung an DE-OS 29 52 127 ausge-

{ bildet ist. Dieser Wärmespeicher ist in der Anfangsphase der

j Desorption zunächst aufgeladen, d.h. daü dem Desorptionsmedi-

! um im Wärmespeicher Wärme zugeführt werden kann. Das Kreis-

! lauf gebläse S fördert äar.n "las gasförmige Desorptionsmediurrt

zu dem ersten Wärmetauscher O₁ indem diu für die Desorptions

' notwendige Wärmeenergie zugeführt vird. Aufgeheizt strömt

dann das Desorptions,aeaium ζμιλ Anschlußpunkt B und tritt in

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die zu desorbiersndan Sorptionsmate.rialien ein, um wieder zum Punkt Ä su gelangen. Der Desorhatkondez^sator 1 ist darüber hinaus rait dem Ablauf 3 für das kondensierte Desorbat versehen. Zur Ableitung von kondensiertem Wasser in der Wärmesenke 5 ist ein Ablauf 7 vorgesehen. :

Die Figur 2 zeigt das analog© Bild, lediglich ist hier die Wärmesenke als Kühler 6 ausgebildet. Es versteht sich von selbst,. daß diese Kühlung nur dann In Betrieb genommen wird, wenn in J

der Kühlphase die Sorptionamaterialien gekühlt werden sollen s und die Heizung des ersten Wärmetauschers 9 abgeschaltet ist. Da bei dieser Verfahrensführung Wasser im Kühler kondensiert, empfiehlt sich hier die Rückführung des über den Kondensatablauf 7 ekbgelaiteten Wassers suin Sorptionsmittelbehälter, wo es mittels Düsen sur Befeuchtung der Aktivkohle eingesprüht werden kann.

Das in Figur 3 dargestellte dritte Vsrfahrensschema entspricht den vorhergehenden im wesentlichen. Lediglich ist hier, um auch die Könäsnsationsenargie das Desorbats nutzen zu können, dsm Desorbatkonüsnsator 1 ein Machkühler 10 nachgeschaltet, dessen. Primärseite die Kühlung άε3 Desorptionsmeäiums während dar Dasorpticnsphase X'oll oder teilweise übernimmt, und aus dem das anfallende Dasorbatkondensat über den Ablauf 3 abgezogen x<?ird. Die Sekundär sei te dieses Wärmetauschers 10 ist in einen geschlossenen Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe als Verdampfer eingeschaltet. Das in dem Verdampfer verdampfte Kai temittel wird von einem Kompressor 12 dem als Nacherhitzer geschalteten Wärmetauscher 11 zugeführt, in dessen Sekundärseite das Kältemittel unter fjärnieabgabe kondensiert und aus der es flüssig zum Entspannventil 13 abgeführt wird. Entspannt gelangt das Kältemittel dann wieder in die Sekundärseite des ilacherhitsars 10 und kann dort unter 'Wärmeaufnahme verdampfen-

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Diese Wärme wird als Kondensationswärme im Nacherhitzer 11 freigesetzt und auf das Desorptionsmedium übertragen. Von besonderer Bedeutung ist bei dieser Weiterbildung des Verfahrens daß das Desorptionsmedium bis auf Temperaturen um minus 5°C gekühlt werden kann, da der Restwasserdampfgehalt einer Taupunktstemperatur von weit unter 5 C entspricht. Durch diese TemperaturaDsenkung wird sowohl die Auskondensation des Desorbats wesentlich verbessert als auch die Speicherfähigkeit des adsorptiven Trockners 4.

Zur näheren Erläuterung des Verfahrens wird als Verfahrensbeispiel die Reinigung eines Abluftstroms von 80.000 m /h mit einer Schadstoffracht von 600 kg/h Ethanol beschrieben. Eine Zwei-Adsorberanlage mit je 30 m Aktivkohle ist eingesetzt; die Adsorber sind wechselweise in Adsorption bzw. in Desorption. Zur Desorption werden die Adsorber jeweils an einen Desorptionskreis angeschlossen, der aus einem Desorbatkondensator, einem Wärmespeicher, einem Kreislaufgebläse und einem ersten Wärmetauscher besteht; die Anordnung entspricht dem in Figur 1 dargestellten Verfahrensschema. Dabei dauert ein Adsorptions/Desorptions-Zyklus 6 Stunden; Adsorptionsperiode und Desorptionsperiode sind gleich lang, beide dauern 3 Stunden.

Die Figur 4 zeigt den Verlauf der Temperaturen an unterschiedlichen Stellen des Desorptionskreises. Die Kurve 1 gibt den Temperaturverlauf des aus dem Desorbatkondensator austretenden Desorptionsmediums wieder. Die Kurve 2 zeigt den Temperaturverlauf des Desorptionsmediums hinter dem adsorptiven Trockner, die Kurve 3 hinter dem Wärmespeicher, die Kurve 4 vor Eintritt in die Sorptionsmaterialien und schließlich die Kurve 5 nach Austritt aus den Sorptionsmaterialien. Die Temperaturverläufe können im einzelnen wie folgt interpretiert werden: Mit

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Beginn der Desorptionsperlode wird am Anfang das System iners tisiert und die -Heizung das ersten Wärmetauschers mit Satt- ^! dampf von 170⁰C zugeschaltet. Die Temperatur des in die Sorp-! tionsmaterialien eintretenden Desorptionsmediums {Kurve 4) | geht rasch auf etwa 155°C und bleibt konstant auf dieser Tem-i peratur. Während der Anfangsphase wird aus den Sorptionsmit-i teln zunächst Wasser ausgetrieben. Die Wasserkonzentration erj reicht dabei vor dem adaorptiven Trockner die Maximwerte von etwa 16g pro m . Nach 50 min ist die Wasserkonzentration abgeklungen; die Anfangsphase ist beendet. Während dieser An- j fangsphase ist die Temperatur des aus den Sorptionsmaterialiei austretenden Desorptionsmediums - Kurve 5 - schwach angestie-' gen, sie erreicht am Ende der Anfangsphase etwa 50' C. Ira Desorbatkondensator wird das aus den Sorptionsmaterialien ausgetretene wasserhaltige Desorptionsmedium nur schwach gekühlt, so daß die Temperatur am Ende der Anfangsphase etwa 16 C erreicht. Dabei bleibt die Temperatur des Desorptionsmediums im Bereich von 18 C, während das Maximum des Wasseranfalls mit etwa 16g pro m auftritt. Der Taupunkt liegt dabei unter 18^CC,. er wird nicht unterschritten. Im adsorptiven Trockner wird das aus den Sorptionsmaterialien ausgetriebene Wasser unter Jreisetzung der entsprechenden Adsorptionswärme adsorbiert. Das bedingt, daß die Temperatur des aus dem aktiven Trockner aus- ^; tretenden Desorptionsmediums (Kurve 2) in der Anfangsphase an-? steigt. Sie erreicht dabei Werte um 80 C. Gegen Ende der An- ; fangsphase, wenn keine Adsorptionswärme mehr freigesetzt wird/ fällt die Temperatur auf das Niveau des aus den Sorptionsmater* alien austretenden Desorptionsmediums ab, die Kurve 2 mündet in die Kurve 1. In dieser Anfangsphase ist der Wärmespeicher aufgeladen, er gibt ^Mrrae an das Desorptionsmedium ab; der Temperaturverlauf v/ird durch die Kurve 3 wiedergegeben. Da der Wärmespeicher von der vorhergehenden Desorption nicht voll

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aufgeladen ist, steigt die Temperatur des austretenden Desorptionsmediums zunächst von ca. 95°C auf etwa 135°C an, um dann wieder abzufallen. Die freigesetzte Adsorptionswärme verzögert dabei die Entladung des Wärmespeichers. Gegen Ende der Anfangsphase ist der Wärmespeicher entladen und die Austrittstemperatur des Desorptionsmediums auf das Temperaturniveau des aus dem Desorbatkondensator austretenden abgefallen; die Kurve 3 mündet in die Kurve 1.

Nachdem das Wasser aus den Sorptionsmaterialien ausgetrieben ist, ist die Anfangsphase beendet. Das Ende der Anfangsphase kann bei den Anlagen im Regelfall durch den Zeitablauf bestimmt werden. Bei stark unterschiedlichem Wasseranfall ist eine Temperaturüberwachung des aus den Sorptionsmaterialien austretenden Desorptionsmittels zweckmäßig. Solange Wasser desorbiert wird, steigt diese Temperatur langsam an, um im Bereich von 5O°C einen Knickpunkt zu erreichen und dann rasch anzusteigen. Dieser Knickpunkt markiert das Ende der Anfangsphase ebenso wie das Abfallen des Wassergehaltes, das analytisch, beispielsweise mit IR-Uberwachung bestimmt werden kann. An die Anfangsphase schließt sich die eigentliche Desorptionsphase an, während der das Desorbat - hier das eingespeicherte Ethanol - ausgetrieben wird. Dabei erreichen die Konzentrationen des Ethanols im Desorptionsmedium vor Eintritt in den Desorbatkondensator Werte um 27Og pro m . Die Desorptionsphase dauert eine Stde, 20 min. Während dieser Zeit wird der Desorbatkondensator mit voller Kühlleistung betrieben; die Temperatur des aus dem Desorbatkondensator austretenden Desorptionsmediums sinkt bis in den Bereich von plus 8°C. Durch diese während der Desorptionsphase abgesenkte Temperatur wird das im adsorptiven Trockner eingespeicherte Wasser mit Sicherheit festgehalten; ein Austreten von Wasser und somit ein Wasseranfall im Desorbatkondensator ist ausgeschlossen. Während

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der Desorptionaphase bleibt die Temperatur des in die 3orp- \ tionsraaterialien eintretenden Desorptionsmediums konstant auf\

ca, 155°C. Dia Temperatur auf der Äustrittsseite, die zunächst!

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rasch auf ca. 13OC angestiegen ist, beginnt im Bereich des | maximalen Desorbatanfalls als Folge der aufzubringenden De- \ sorptionsenergie langsamer zu steigen, um sich schließlich - f

entsprechend Kurve 5 - der Temperatur des eintretenden Desorpf tionsmediums von ca. 155 C zu nähern. Nachdem das Desorbat vollständig ausgetrieben ist, ist das Ende der Descrptionsphase erreicht; die Heizung des ersten 'Wärmetauschers wird ab geschaltet; es beginnt die Kühlphase, in der die Sorptionsma-g teriaiien wieder auf die Adsorptionstemperatur gebracht werde! müssen.

Die Temperatur des in die Sorptionsmaterialien eintretenden ': Desorptionsmediums fällt in der Kühlphase entsprechend der Kurve 4 zunächst steil ab, um schließlich das Niveau der Adsorptionstemperatur zu erreichen. Das aus den Sorptionsmateri;] alien austretende Desorptionsmedium hat - bedingt durch die ■ in den Sorptionsmaterialien gespeicherte Wärme - zu Beginn de Kühlphase eine Temperatur, die der Temperatur des in die Sorf: tionsmaterialien eintretenden Desorptionsmediums während der ^ Dersorptionsphase von ca. 155 C - Kurve 5 - entspricht. Erst" mit einer zeitlichen Verzögerung beginnt diese Temperatur zunächst langsam und dann steil, abzufallen. Dabei mündet die diesen Temperaturverlauf darstellende Kurve 5 in die den Tem-i peraturverlauf im Desorptionsmedium hinter dem Desorbatkondeß sator darstellende Kurve 1, die nach Abschalten der Kühlung ; bzw. nach vollständiger öffnung des Bypasses steil ansteigt , und nach kurzer, durch die nicht zu umgehende Wärmeabgabe an _; die umgebenden Massen bedingter Zeit, notwendigerweise sich _: der Temperatur des aus den Sorptionsmaterialien austretenden | Desorptionsmediums angleicht. Mit fortschreitender Kühlung dß

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Sorptionsmaterialien. fällt dann die Temperatur ab, um schließ lieh gegen Ende der Kühlphase, entsprechend Kurve 1, auf unte. 1OO°C gesunken zu sein. Das mit dieser Temperatur in den adsorptiven Trockner eintretende Desorptionsmedium treibt aus diesem Trockner Wasser aus/ die notwendige Desorptionsenergie wird aus seinem Wärmeinhalt gedeckt. Aus diesem Grunde hat das aus dem adsorptiven Trockner austretende Desorptionsmediun entsprechend Kurve 2, eine geringere Temperatur, die sich gegen Ende der Kühlphase, und damit gegen Ende der Wasserdesorption der Temperatur des in den adsorptiven Trockner eintretenden Desorptionsmediums nähert. Durch diese fühlbare Wärme des Desorptionsmediums ist während der Kühlphase der Wärmespeicher aufgeheizt worden, das Desorptionsmedium, das seine Wärme an die Wärmespeichermasse abgegeben hat, tritt - entsprechend Kurve 3 - abgekühlt aus dem Wärmespeicher aus und erreicht gegen Ende der Kühlphase ebenfalls das Niveau der Adsorptionstemperatur. Das während der Kühlphase ausgetriebene Wasser - gestrichelt dargestellt gemessen hinter dem adsorptiven

j Trockner - entspricht in seiner Menge dem während der Anfangs-

j phase eingespeicherten Wasser. Dieses ausgetriebene Wasser

wird voll auf die Aktivkohle zurückübertragen.

Bei dieser Temperatur wurden 1.765 kg Ethanol mit einem Wassergehalt von weniger als 0,1% zurückgewonnen. Das entspricht einer Rückgewinnung von 98,06%. Das gewonnene Ethanol ist praktisch wasserfrei. Wird der Verlust als Emission auf die gereinigte Luftmenge umgelegt, ergibt sich eine mittlere Rest- ! beladung von weniger als 150 mg/m . Die Wasserbeladung der

j Sorptionsmittel von 240 kg wurde praktisch vollständig auf die

als Sorptionsmittel eingesetzte Aktivkohle zurückgeführt. Bei 30 m Aktivkohle mit einer (Trocken-)Masse von ca. 10.800 kg bedeutet dies eine Rückbefeuchtung auf einen Wassergehalt von 2,2%. Dafür reicht ein Molekularsiebvolumen von 3 m aus.

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Durch die zusatz liehe Verblendung einer Wärmepumpe hätte die
Rückgewinnung nicht wesentlich gesteigert werden können. Jedoch hätte mindestens ein wesentlicher Teil der !Condensations-.; energie der 1.765 kg Ethanol als Heisenergie zum Vorheizen des kalten Desorptionsmediums zur Verfügung gestanden. Der wesentliche Unterschied zu dem beschriebenen Verfahrensablauf ist
dann darin zu sehen, daß während der Ethanolkonzentration die Heizung des ersten Wärmetauschers hätte gedrosselt werden könf nen, während die Kondensationstemperatur im Desorbatk.ondensa-i^: tor um etwa 10 K abgesenkt worden wäre. Die Temperatur des
aus dem Vorerhiizer austretenden Desorptionsmediums würde bei äer Anwendung der Wärmepumpe im Beispiel bei 52 - 55 C gele- ; gen haben. Die dadurch eingebrachte Wärmemenge einschließlich" der aus dem Antrieb der Wärmepumpe, entspricht der Wärmemengeum die die Heizleistung des ersten Wärmetauschers hätte verringert werden können.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Gewinnung eines im wesentlichen wasserfreien Desorbats bei der Desorption von insbesondere mit Lösemitteln beladenen Sorptionsmaterialien mit einem im Kreislauf geführten gasförmigen Desorptionsmedium, wobei das Desorptionsmedium vor seinem Eintritt in das beladene Sorptionsmaterial in einem ersten Wärmetauscher aufgeheizt wirc\ dem mit Desorbat beladenen Desorptionsmedium nach seinem AiJ tritt aus dem Sorptionsmaterial in einem als Desorbatkonder.f sator ausgebildeten zweiten Wärmetauscher durch Kühlung Das| bat und in einem adsorptiven Trockner adsorptiv Wasserdampf mindestens partiell entzogen werden und das gekühlte und getrocknete Desorptionsmedium anschließend von einem Kreislaufgebläse erneut zu dem ersten Wärmetauscher gefördert ; wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Desorptionsmedium vor seinem Eintritt in fien adsorptiven Trockner in der Anfangsphase der Desorptionsperiode im Desorbatkondensator zunäch=^! bis nahe der Wassersättigungsgrenze abgekühlt wird, wobei c^; gekühlte Desorptionsmedium mit in dieser Anfangsphase hoher Wasserdampfsattigung dem adsorptiven Trockner zuströmt und anschließend getrocknet aufgeheizt wird, daß in der auf di' Anfangsphase folgenden Desorptionsphase das nunmehr mit De' sorbat beladene Desorptionsmedium im Desorbatkondensator voll gekühlt wird und daß während der auf die Desorptionsphase folgenden Kühlphase das nunmehr heiß aus den Sorptio.' materialien austretende Desorptionsmedium ungekühlt dem ad' sorptiven Trockner zuströmt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Kühlleistung des Desorbatkondensators dessen Kühlmitteldurchfluß einstellbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da der Strom des Desorptionsmediums mittels eines einstellbaren Bypasses ganz oder teilweise um den Desorbatkondensator geleitet werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, da, der Kühlmitteldurchfluß des Desorbatkondensators und/oder der Bypassdurchfluß zur Umgehung des Desorbatkondensators regelbar ist/sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gegekennzeichnet, daß die Einstellung bzw. die Regelung des Kühlmitteldurchflusses durch den Desorbatkondensator und / oder des Desorptionsmediumdurchflusses durch den Bypass in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Desorptionsmediums erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturanstieg des Desorptionsmediums· nach Austritt aus dem Sorptionsmaterial als Indikator für den Wassergehalt des Desorptionsmediums herangezogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß das.Desorptionsmedium zwischen Desorbatkondensator und adsorptiven Trockner in einem weiteren Wärmetauscher nachgekühlt und in einem, dem adsorptiven Trockner nachgeschalteten weiteren Wärmetauscher, insbesondere einem dem Kreislaufgebläse nachgeschalteten Wärmetauscher, vorerhitzt wird, wobei der Wärmetransport von der Nachkühlung des Desorptionsmediums zur Vorerwärmung des Desorptionsmediums mittels einer Wärmepumpe

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mit geschlossenem Kältemittelkreislauf erfolgt.
8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1-7 mit einem Sorptionsmittelbehälter, der während der Adsorptionsperiode zur Reinigung eines Abluftbzw. Abgasstromes geschaltet ist und der zur Desorption in den Kreislauf eines Desorptionsmediums zusammen mit eir.·; Desorbatkondensator, einem adsorptiven Trockner, einer Wärmesenke, einem Kreislaufgebläse und einem ersten Wärmetauscher geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Desorbatkondensator (1) zwischen Sorptionsmittelbehälter und adsorptiven Trockner (4) angeordnet ist, wobei der Sorptionsmittelbehälter mit einer Aktivkohleschüttung versehen ist und die Wärmesenke (5) als mit einer Kiesschüttung versehener Wärmespeicher ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im adsorptiven Trockner als bevorzugt Wasser adsorbierende: Sorptionsmittel zeolithische Molekularsiebe eingesetzt sir.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß das Volumen der bevorzugt Wasser adsorbierenden Sorpti mittel im adsorptiven Trockner etwa 10-15% des Volumens de zur Abluft/Abgasreinigung eingesetzten Aktivkohle beträgt und daß das Volumen der in dem Wärmespeicher eingesetzten Schüttschicht aus Kies etwa 15-35% des Volumens der eingesetzten Aktivkohle beträgt.

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