DE2323875A1 - Verfahren zur reinigung von gasen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Reinigun von rasen Bei vielen industriellen und gewerblichen Prozessen, aber auch im privaten Haushalt, können Gase, insbesondere Luft, durch geringe @engen von Stoffen verunreinigt werden, die als Folge der ablaufenden Prozesse oder Tätigkeiten entstehen oder freigesetzt werden.
• Diese Stoffe können in bestimmten Konzentrationen eine Verschlechterung der Umweltbedingungen durch Geruchbelästigung und sogar gesundheitliche Gefährdung herbeifuhren.
• bble Gerüche treten zur beispiel aul oei sischverwertungsfabriken, in Schlachthöfen, Olmühlen, brauereien und landwirtschaftlichen getrieben sowie in Großküchen, Restaurants und Kantinen.
• IM privaten Haushalt sind es vor allen Küchen-und NC-Gerüche, die das Wohlbefinden beeintrachtigen.
• Gesundheitsschädliche Konzentrationen von Schadstoffen können zum Beispiel in Lackierereien, Kunststoffbetrieben und chemischen Reinigungen entstehen.
• Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, mit dem man leine Konzentrationen oxydierbarer Stoffe aus Gasen wirtschaftlich und vollstandig entfernen kann.
• Es ist bekannt, Gase dadurch zu reinigen, daß man sie üoer oberil: chenreiene Adsorbentien leitet.
• Dazu gehören zum Beispiel Aktivkohle, aktives Aluminiumoxyd una Kieselgel oder andere, oberflächenreiche Kieselsäure, wie die naturlich vorkommende Kieselgur. - Geeignet sind auch oberil--chenrei che Verbindungen oder Mischungen dieser Stoffe, zum Beispiel die Molekularsiebe.
• Diese Adsorbentien nehmen die Verunreinigungen bis zu einer stoffspezifischen Grenzbeladung auf una müssen dann entweder erneuert oder durch Desorption der Verunreinigungen bei erhöht er Temperatur regeneriert werden.
• In vielen zellen ist eine Regeneration ohne erneute Verunreinigung der umwelt nicht möglich.
• In allen fällen ist es erwünscht, die Schadstoffe möglichst vollständig zu unschädlichen Kohlendioxyd und Wasser abzubauen.
• Es ist bekannt, diesen oxydativen Abbau organischer Stoffe katalytisch durchzuführen.
• Dazu leitet man die verunreinigten Gase, gegebenenfalls unter Zusatz von sauerstoffhaltigen Gasen oder Luft, bei erhöhten Temperaturen durch einen mit Katalysator befüllten behälter.
• Im allgemeinen werden Temperaturen zwischen 200 und 500 Grad c angewendet, um bei kurzen Verweilzeiten am Katalysator vollständigen Umsatz zu erreichen.
• Als Katalysatoren genen bei diesem verfahren die in den Handbüchern der heterogenen Katalyse beschriebenen Trägerkatalysatoren in Form von Kugeln, Zylindern oder Ringen.
• Ineuerdings werden als Träger auch keramische Wabenkörper in Form von Platten oder Blöcken verwendet, die auch als ltonolithe bezeichnet werden.
• Führt man die Reinigung eines Gases mittels katalytischer Oxydation durch, so muß Gas gesamte zu reinigende Gas auf Reaktionstemperatur erhitzt worden. Auch wenn,zum Beispiel bei grossen industriellen Anlagen, ein intensiver Wärmeaustausch zwischen dem zu reinigenden, kalten Gas und dem gereinigten, heißen Gas betrieben wird, sind erhebliche Energienengen aufzuwenden.
• In anderen Fällen, zum Beispiel bei Dunstabzughauben, ist es nicht nur schwierig, sondern auch Konstruktiv schwer, große Luftmen@en auf hohe lemreraturen zu erhitzen.
• bs wurde deshalb bereits besclirieben, Gase bei Raumtemperatur nicht nur adsorptiv, sondern gleichzeitig katalytisch zu reinigen, indem man Katalysatoren und gleichzeitig adsorbierende Stoffe in Polyurethanschaum einbettete und als Filter verwendete. Die katalysche Wirkung der bekannten Katalysatoren ist bei Raumtemperatur in den meisten källen so gering, daß nur ein selr unvollständiger Umsetz erreicht wird.
• es wurde nun gerunden, daß man mit oxydierbaren, umweltschädlichen Stoffen verunreinigte Gase, insbesondere Luft, sehr einfach und mit geringem energetischem Aufwand reinigen kann, indem man das Gas zunächst bei Raumtemperatur über ein festes Adsorbens leitet, an den di Schadstoffe adsorbiert werden. Ist das Adsorbens beladen, so wird mit einem Sauerstoff enthaltendem Gas bei geringer Strömungsgeschwindigkeit und erhöhter Temperatur desorbiert, und dieses Gas anschliessend oder gleichzeitig an einem geeigneten Katalysator katalytisch oxydiert.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Adsorbens und Katalysator entweder getrennt in zwei oder mehreren Stufen oder gemeinsam in einer Stufe angeordnet sein. Wird das Verfahren in einer stufe durchgeführt, so können Adsorbens und Katalysator entweder in Schnichten oder vermischt eingesetzt werden. Man kann aber auch oberflächenreiche Festkörper mit katalytischer Wirkung verwenden, an denen bei tierer Temperatur adsorbiert, bei hoher Temperatur katalytisch oxydiert werden kann. In diesem Fall genügt es, das Absorbens in ruhender Atmosphäre auf Reaktionstemperatur zu erhitzen.
• Adsorbentien oder oberflächenreiche Festkörper mit katalytiscner Wirkung sind zum beispiel katalytisch aktive Metalle oder ltetallverbinciungen enthaltende Aktivkohle, Aluminiumoxyde, Kieselsäuren, Kieselgel, Kieselgur, oder Verbindungen oder Gemische derselben untereinander oder mit anderen l-letalloxyden, zum Beispiel Zinkoxyd.
• Die katalytisch aktiven Metalle oder deren Verbindungen können auf die oberflächenreichen Festkörper auf verschieaenen Weise aufgebracht werden. Bekannte Verfahren sind das Tränicen der Festkörper mit Lösungen der Katalytisch aktiven Metalle und anschließendes Trocken und gegebenenfalls thermisches Zersetzen der Verbindungen, um die Metalloxyde oder Metalle zu erhalten, oder die gemeinsame Fällung schwerlöslicher Metallverbindungen mit anschließendem Trocknen und Verformen der iteststoffe.
• Als katalytisch aktive Metalle können alle bei katalytischen Oxydationsreaktionen wirksamen Metalle verwendet werdn, insbesondere die Edelmetalle, Silber, Kupfer, ltangan, die Metalle der Einengruppe, Vanadin, Wolfram und Chrom und alle anderen Metalle bei denen leicht ein Wechsel der Oxydationsstufen erfolgen Kann.
• Beispiel 1 In einem lunststoffbetrieb fällt Abluft an, die mit Weichmacherdämpfen im Ronzentrationsbereich von 100 ppm bis 800 ppm verunreinigt ist. Diese Abluft wird Dei 20 Grad C durch einen mit A;tiv-Kohle gefüllten Behälter geleitet. Nach Erreichen der beladungsgrenze wird der Aktivkohlebehälter mit einer kleinen Luftmenge bei erhöhter Temperatur regeneriert. Die Luft wird direkt anschliessend durch einem kleinen Behälter geleitet, der einen Katalysator, bestehend aus 0,2% Palladium auf einem Träger aus aktivem Aluminiumoxyd enthält. Die Temperatur des Katalysators dabei auf 300 bis 400 Grad C gehalten. Die Abluft ninter dem Katalysator enthält keine Kohlenwasserstoffe mehr. Die organischen Verbindungen wurden vollständig zu Kohlendioxyd und Wasser oxydiert.
• Beispiel 2: Eine Dunstabzughaube, die nach dem zweistufigen Prinzip arbeitet, ist in Mild 1 beschreiben.
• Die zu reinigenden Küchendünste weraen durch ein leicht u wechselndes Filter aus Papierfasern (i) mittels eines elektrischen Radialgeblases (5) mit hoher Förderleistung angesaugt. Die beiden möglichen Wege der Luft in der Abzughaube können durch die beiden Abschließklappen (6) und (7) eingestellt werden. Zuerst strömt der Küchendunst bei geöffneter Klappe (7) und geschlossener Klappe (b) durch den mit Aktivkohle gefüllten behälter (2), dann durch den mit Oxydations-Katalysator gefüllten behälter (4), und tritt gereinigt bei (8) wieder aus deI Gerät aus.
• Die elestrische Heizung (3) ist in diesem betriebszustand ausgescnaltet; sowohl Aktivkohle als auch Oxydationsatalgsator haben Raumtemperatur.
• Nach Beladung der Aktivkohle mit Geruchstoffen wird die Klappe (7) geschlossen und (6) geoffnet.
• Die elextrische heizung (3) wird eingeschaltet una das Gebläse (5) mit geringer Föderleistung betrieben. Die im Kreislaui geführte juft erwärmt zunächst den Oxydationskatalysator in Be hälter (4) und anschließend in vermindertem Maße die Aktivkohle in Behälter (2).
• Innerhalb kurzer Zeit werden alle Geruchstoffe desorbiert und an dem Oxydationskatalysator zu Kohlendioxyd und wasser oxydiert. Darauf wird die Heizung ausgeschaltet und die Klappen (6) und t7) geschlossen und geöffnet. nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur ist die Dunstabzughaube erneut betriebsbereit.
• beispiel 3 Eine Dunstabzufhaube entnält in einem heizbaren, verschliebaren gehäuse 2 Liter Aktivkohle, in die insgesamt 10 Gew.% einer mischung von Kupfer-, Mangan- und Kobaltoxyd als oberflächliche Schicht eingearbeitet wurden.
• ach 16 Stunden Beladung mit Küchendunst können in luftaustritt erstmals nicht adsorbierte Geruchstoffe festgestellt werden.
• Nun wird das die KQhle entnaltende Gehäuse gasdicnt verschlossen und die Aktivkohle auf 250 Grad C erhitzt. Der in den Gehäuse und der Kohle befindliche Luftsauerstoff reicht fur eine vollständige Oxydation der Adsorbierten Geruchstoffe aus, die nach 15 bis 30 Minuten beendet ist.
• Anscnließend wird die Aktivkohle im normalen Umluitbetrieb auf Raumtemperatur abgeKühlt und kann erneut beladen werden.
• Gegenüber den herkömmlichen V-rfahren hat das vorliegende, erfindungsgemäße Verfahren eine Reihe von Vorteilen. Die Menge Adsorbens kann trotz hoher Gasgeschwindigkeit klein sein, da einfach und wirtschaftlich regeneriert werden icann.Die Menge an teurem Oxydationskatalysator kann ein bemessen werden, da in ruhender Atmosphäre oder mit geringen Gasgescbwindigkeiten gearbeitet wird. Die Lebensdauer des Oxydationskatalysators ist bedeutend größer, da nur Kurzzeitig erhitzt wird. Der Energieverbrauch ist gering, da nur eine kleine Gasmenge auf hohe Temperaturen erhitzt werden muß.

Claims (9)

P a t e n t a. n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Fntfcrnung von Oxydierbaren Verbindungen aus Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierbaren Verbindungen zuerst an oberflächenreichen, und gegebenenfalls katalytisch nativen Stoffen oder Stoffgemisenen bei niedrigen Temperaturen, vorzugsweise Raumtemperatur, und hohen Gasgeschwindigkeiten adsorbiert werden, und anschließend bei erhöhten Temperaturen und niedrigen Gasgeschwindigkeiten Katalysch oxydiert werden.

2. Verfahren gemäi Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Adsorption und Katalytische Oxydation in getrennten Stufen erfolgen, wobei in der ersten Stufe ein reines Adsorbens und in der folgenden Stufe ein Oxydationskatalysator verwendet wird.

. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch geKennzeichnet, aß Adsorption und satalytische Oxydation in einer Stufe unter Verwendung eines Gemisches aus Adsorbens und Oxydationskatalysator eriolgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Adsorption und liatalytische Oxydation in einer Stufe unter Verwendung eines katalytisch aktiven Adsorptionsmittels erfolgt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4 dadurch ge-Kennzeichnet, äa das zur Desorption und Oxydation verwendete, Sauerstoff enthaltende Gas ganz oder teilweise im Kreislauf geführt wird.

b. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß als Oxydationsmittel Luft verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 bis 6 zur Verwendung als Dunstaozughaube oder Luftreiniger dacurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Luft in direktem Durchgang mit hoher Geschwindigkeit kalt durch eine Schicht Adsorptionsmittel, vorzugweise Aktivkohle, geleitet wird und zur Regeneration der Aktivkohle Luft im Kreislauf mit geringer Geschwindigkeit nacheinander bei erhöhter Temperatur durch die Aktivkohle, die elektrische Heizung und den Oxydationskatalysator geleitet wira, wobei der Oxydationskatalysator nöhere Temperatur als di Aktivkohle nat.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 bis 6 zur Verwendung als Dunstabzugahaube oder Luftreiniger, dadurch gekennzeichnet, daß die reinigende Luft in direktem Durchgang mit hoher Geschwindingkeit kalt nacheinander durch eine Schicht Adsorptionsmittel, vorzugsweise Aktivkohle, anschließend ebenfalls kalt durcii die elektrische reizung und den Oxydationskatalysator geleitet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 bis 6 zur Verwendung als Dunstabzughaube oder Luftreiniger, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Luft in direktem Durchgang mit hoher Geschwindigkeit kalt durch eine Schicht eines katalytisch wirksamen Adsorptionsmittels, vorzugweise Aktivkohle, die mit Metallen oder Metalloxyden dotiert ist, geleitet wird.Zur Re6eneration wird das ltatalytisch aktive Adsorptionsmittel in ruhender Luft odei in einer Luftkreislauf geringer Geschwindigkeit auf Temperaturen von menr als loo Grad C, vorzugsweise 15o bis 250 Grad C erwärmt.