Adsorptiv-katalytische Abluftreinigung 

Einführung

Verfahrensschritte, die eine Abtrennung von flüchtigen Verbindungen aus gasförmigen Medien (z.B. Abluft aus industriellen Anlagen, Raumluft, Abgase) bewirken, sind Bestandteile vieler technischer Prozesse in den Bereichen der chemischen Industrie und des Umweltschutzes. Flüchtiger organischer Verbindungen (VOC), die bei vielfältigen Produktionsverfahren, der Abfallbehandlung, der Tierhaltung bis hin zur Boden- und Grundwasserreinigung emittiert werden, können dabei zumeist nicht wirtschaftlich zurück gewonnen und müssen daher eliminiert werden. In den Bereichen sehr niedriger bzw. hoher Schadstoffkonzentrationen existieren bereits technisch ausgereifte Abluftreinigungsmethoden, die auf der Adsorption bzw. auf der katalytischen Nachverbrennung (KNV) beruhen. Im Bereich mittlerer Schadstoffkonzentrationen (typischerweise zwischen 0,1 und ca. 2 gC/m3) sowie für stark schwankende VOC-Gehalte, wie sie besonders im Zusammenhang mit Sanierungsmaßnahmen auftreten, ist dies jedoch nicht der Fall.

Verfahrensübersicht

Methodenkombination  Abbildung: M.Kraus / UFZ

Zur Schließung dieser technologischen Lücke wird derzeit ein adsorptiv-katalytisches Kombinationsverfahren entwickelt, mit dem die Verfahrensschritte Adsorption, Desorption, direkter Energieeintrag und katalytische Nachverbrennung in nur einem Festbett im kontinuierlichen Betrieb realisiert werden sollen.

Schlüsselelement ist eine bei Bedarf das Festbett durchlaufende heiße Zone, ein so genannter thermo-chromatographischer Puls (TCP), in dem die adsorbierten Schadstoffe auf Grund der hohen Temperaturen desorbiert und unmittelbar durch die katalytische Komponente des Festbetts zu Kohlendioxid oxidiert werden. Neben der technologischen Einfachheit des Verfahrens liegen dessen Vorteile vor allem in der energetischen Effizienz, da die frei werdende Oxidationswärme optimal genutzt werden kann. Die in der heißen Zone entstehende Prozesswärme wird durch Wärmeübertragungsprozesse auf die noch kalte angrenzende Adsorberschicht übertragen, wodurch weniger HF-Leistung zur Aufrechterhaltung des TCP aufgewendet werden muss. Je nach Randbedingungen ist somit eine weitestgehend autotherme Regeneration möglich.

Verfahrensbeschreibung 

Verfahrensbeschreibung  Abbildung: M.Kraus / UFZ Das neue Verfahren soll eine kontinuierliche Abluftreinigung in nur einem Schüttbett ermöglichen. Dazu wird die Reinigung in zwei Phasen unterteilt. In der Adsorptionsphase wird der Gasstrom bei Umgebungstemperatur ohne Energiezufuhr adsorptiv gereinigt. Kurz vor der vollständigen Beladung des Adsorbers wird durch das Einschalten der HF-Leistung und die Injektion einer geringen Wassermenge ein TCP initiiert, durch den die im Adsorber gebundenen Schadstoffe desorbiert und direkt am im TCP thermisch aktivierten Katalysator oxidiert werden. Neben den Schadstoffen wird auch das eingebrachte Wasser vom erwärmten Adsorber desorbiert und in Strömungsrichtung bis zur nächsten kalten Zone transportiert, wo dem Wesen des TCP entsprechend der Zyklus von vorn beginnt. Auf diese Weise wird das Schüttbett fortschreitend gereinigt (Regenerationsphase). Während der Reinigungsphase in das Schüttbett eingebrachte Schadstoffe werden zunächst direkt in der katalytisch aktiven Zone oxidiert, mit zunehmender Abkühlung des Schüttbettanfangs dann aber adsorbiert, wodurch eine kontinuierliche Reinigung des Gasstroms in einer kompakten Anordnung gewährleistet ist.

Animation des Verfahrens 

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