DE10085467B4

DE10085467B4 - Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle und Vorrichtung zur Duchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE10085467B4
Application number: DE10085467T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Matveevich Zlotopolsky; Arkady Samuilovich Guzenberg; Dmitry Anatolyevich Krychenkov; Sergei Ivanovich Eremeev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: AU2000279754A1; EP1340639A4; DE10085467T1; RU2159706C1; US6669759B1; WO2001083245A1; EP1340639B1; JP2003534219A; EP1340639A1

Abstract

Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle, hauptsächlich in Einrichtungen zur Behandlung von Luft, die in Passagierabteilen von Transportmitteln verwendet werden, das aus dem Regenerieren, das mit Hilfe von Wasserdampf durchgeführt wird, besteht dadurch gekennzeichnet dass das Kondensat der Feuchtigkeit aus der Atmosphäre, das vorher bei der Reinigung der Luft auf Kieselgel adsorbiert worden ist, als Wasserdampfquelle verwendet wird, wobei die Regenerierung bei Atmosphärendruck unter Erwärmen auf eine Temperatur von 160°C, gefolgt vom Kühlen mit Hilfe eines Ventilators durchgeführt wird, wobei das Verhältnis von Volumenstrom des Ventilators zum Gesamtvolumen der Sorptionsmittel nicht weniger als 25 min^–1 beträgt.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Regenerieren von Aktivkohle, die hauptsächlich in Einrichtungen zur Behandlung von Luft in Transportmitteln, insbesondere in deren Passagierabteilen, verwendet werden. Sie können jedoch auch in anderen Bereichen bei Einrichtungen für die Behandlung von Luft zum Regenerieren von Aktivkohle verwendet werden. Ein Verfahren zum thermischen Regenerieren von Aktivkohle im Vakuum und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind bekannt (L.S. Bobe, Yu.E. Sinyak, A.A. Berlin, V.A. Soloukhin. Ecological and technical systems. M.: MAI Verlag, 1992, Seite 38).

Deren Nachteil ist die Komplexität, da das Verfahren bei gleichzeitigem Erwärmen einer Sorptionspatrone bzw. -kartusche (nachstehend als Sorptionspatrone bezeichnet) auf 200°C unter Anwendung eines Vakuums durchgeführt wird. Wenn dieses Verfahren angewendet wird, dauert es außerdem lange, das Sorptionsmittel zu kühlen, da keine zwangsweise Ableitung der Wärme erfolgt.

DE 199 00 846 A1 offenbart einen Entfeuchter für ein Fahrzeug-Klimaanlagensystem zum Entfeuchten der Belüftungsluft mittels eines Trocknungsmittels. Der Entfeuchter umfasst einen Lufteinlaß, eine Trocknungseinheit, die stromabwärts des Lufteinlasses angeordnet ist und ein Trocknungsmittel aufweist, sowie eine Kühleinheit, die stromaufwärts der Trocknungseinheit angeordnet ist.

DE 197 03 068 A1 offenbart ein Verfahren zur thermischen Regenerierung eines dielektrischen Adsorbers, wobei der beladene Adsorber durch Einstrahlung von Mikrowellenenergie homogen aufgeheizt wird. Der dielektrische Adsorber enthält zusätzlich ein magnetisches, Mikrowellen absorbierendes Material.

Dieser Erfindung am ähnlichsten sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle mit Frischdampf bei einen erhöhten Druck von 1,4 – 1,6 bis 8-9 Atmosphären. Dieses Verfahren wird im großen Umfang zum Desorbieren von Dampf von verschiedenen organischen Verbindungen, zum Beispiel Benzoldampf, Ethyl- und Methylalkoholdampf, Azetondampf und Dampf von einer Anzahl anderer Verbindungen angewendet (E.N. Serpionova. Adsorption of vapor and gases in industry. 1969, S. 193-202).

Deren Nachteil besteht darin, dass Abfallmaterial in Form von Frischwasserdampf vorliegen muß, der nur in einem Industrieunternehmen zur Verfügung stehen kann. Wenn dieses Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle angewendet wird, ist außerdem anschließend ein längeres Trocknen und Abkühlen des Sorptionsmittels notwendig. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die Durchführung bei einem erhöhten Druck, womit an die einzelnen Komponenten der Vorrichtung zusätzliche Anforderungen gestellt werden.

Offenbarung der Erfindung

Das technische Ergebnis der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zum Regenerieren von Aktivkohle und einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bei Atmosphärendruck mit Hilfe von Feuchtigkeit in der Atmosphäre, die ein schnelles Abkühlen des Sorptionsmittels erzielt.

Dieses technische Ergebnis wird aufgrund der Tatsache erreicht, dass beim Reinigen der Luft von schädlichen Verunreinigungen dieses Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle, hauptsächlich in Einrichtungen zur Behandlung von Luft für Passagierabteile von Transportmitteln, darin besteht, dass die Regenerierung mit Hilfe von Wasserdampf erfolgt, wobei das Kondensat der Feuchtigkeit aus der Atmosphäre, das vorher bei der Reinigung der Luft auf Kieselgel adsorbiert worden ist, als Quelle für den Wasserdampf dient, wobei die Regenerierung bei Atmosphärendruck unter Erwärmung auf eine Temperatur von 160°C durchgeführt wird, dem das Abkühlen mit Hilfe eines Ventilators folgt, wobei das Verhältnis von dessen Volumenstrom zum Gesamtvolumen der Sorptionsmittel nicht weniger als 25 min^–1 beträgt.

In diesem Fall wird das Volumenverhältnis zwischen Kieselgel und Aktivkohle bei 0,4 bis 1,1 ausgewählt.

Die Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Regenerieren von Aktivkohle mit Hilfe von Wasserdampf umfasst eine Sorptionspatrone, in der sich Kieselgel und Aktivkohle befinden, ein Heizelement zum Erwärmen der Sorptionspatrone während der Regenerierung, einen Ventilator, der mit der Sorptionspatrone verbunden ist, um diese zu kühlen und die Regenerierungsprodukte in die Atmosphäre abzugeben.

Außerdem beträgt das Volumenverhältnis zwischen Kieselgel und Aktivkohle in der Sorptionspatrone 0,4 bis 1,1.

Zudem ist die Heizeinrichtung so gestaltet, dass die Sorptionspatrone auf 160°C erwärmt werden kann, und der Ventilator ist so gestaltet, dass das Verhältnis von dessen Volumenstrom zum Gesamtvolumen der Sorptionsmittel nicht weniger als 25 min^–1 beträgt.

Diese Merkmale sind wesentlich und stehen untereinander in einem Zusammenhang von Ursache und Wirkung, wodurch eine Kombination der wesentlichen Merkmale entsteht, die ausreicht, um dieses technische Ergebnis zu erzielen.

Die Erfindung wird anhand einer bestimmten Ausführungsform als Beispiel erläutert, die jedoch nicht die einzig mögliche ist, sondern explizit die Möglichkeit zeigt, dieses bestimmte technische Ergebnis mit dieser Kombination von wesentlichen Merkmalen zu erzielen.

Beste Ausführungsform der Erfindung
Das Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle, das hauptsächlich in Einrichtungen zur Behandlung von Luft für ein Passagierabteil eines Transportmittels angewendet wird, besteht in der Adsorption von Wasserdampf, der in dem Kondensat der Feuchtigkeit aus der Atmosphäre enthalten ist, auf Kieselgel. Beim Regenerieren der Aktivkohle werden diese beiden Sorptionsmittel, deren Volumenverhältnis exakt vorgeschrieben ist, auf 160°C vorgewärmt, das Heizelement wird abgeschaltet und der Ventilator wird mit diesem Luftstrom angeschaltet, wobei das Verhältnis von dessen Volumenstrom zum gesamten Volumen der Sorptionsmittel nicht weniger als 25 min^–1 beträgt.
Wenn die Sorptionsmittel auf 160°C erwärmt werden, findet eine aktive Freisetzung der Feuchtigkeit aus dem Kieselgel statt. Dadurch dringt sie in die inneren Poren des Kieselgels ein und drückt die Moleküle organischer Verbindungen heraus. Diese Moleküle werden in den Gasraum gezwungen, der das Sorptionsmittel umgibt. Dieses Verfahren erfolgt bei einer Temperatur von bis zu 160°C, und eine weitere Temperaturerhöhung führt nicht zu einem höheren Wirkungsgrad des Regenerierungsverfahrens. Nach dem Abschalten des Heizelementes und dem Anschalten des Ventilators wird das Dampf-Gas-Gemisch durch die Luft mit einem Strom mit nicht weniger als 25 min^–1 aus dem Filter enfernt, was zu einer stark beschleunigten Ableitung der Wärme führt. Beim Regenerieren ist ein Auslass der Sorptionspatrone mit der Umgebungsluft verbunden, folglich wird der Atmosphärendruck beibehalten. Deshalb existieren keine zusätzlichen Anforderungen an die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, wie Luftdichtigkeit, was einen Vorteil dieses Verfahrens und der Vorrichtung zum Regenerieren von Aktivkohle darstellt.
Indem beim Regenerieren von Aktivkohle Feuchtigkeit aus der Atmosphäre verwendet wird, wird es möglich, dieses Verfahren und diese Vorrichtung in Systemen zum Reinigen von Luft zu verwenden, die in verschiedenen Bereichen vorgesehen sind, zum Beispiel in Produktionsbereichen, Passagierabteilen von Fahrzeugen und Flugzeugen, speziellen hermetischen Bereichen, bei denen eine besondere Quelle für Wasserdampf fehlt.
Beim Regenerieren spielt das Verhältnis zwischen Kieselgel und Aktivkohle eine wichtige Rolle. Bei einer unzureichenden Menge Kieselgel ist das Kondensatvolumen der Feuchtigkeit aus der Atmosphäre, das vom Kieselgel adsorbiert werden kann, für die vollständige Regenerierung der Aktivkohle unzureichend. Andererseits führt die Verwendung eines zu großen Volumens des Kieselgels zur Freisetzung einer zu großen Feuchtigkeitsmenge, was das Ausmaß der Regenerierung nicht verstärkt, sondern das zusätzliche Trocknen der Aktivkohle erfordert. Das optimale Volumenverhältnis zwischen Kieselgel und Aktivkohle beträgt 0,4 bis 1,1. In diesem Bereich wird ein Ausmaß der Regenerierung von 81 bis 84 % erzielt.
Die Anwendung der zwangsweisen Ventilation nach dem Erwärmen des Sorptionsmittels auf 160°C und des Abschaltens des Heizelementes ermöglichen das schnelle und wirksame Ableiten des Gemischs aus Dampf und Gas zusammen mit den Desorptionsprodukten aus dem Filter und das schnelle Abkühlen des Sorptionsmittels, wodurch die Aktivkohle bei kürzeren Zeitabständen zwischen den Sorptions- und Desorptionsprozessen wiederverwendet werden kann. In diesem Fall sollte der Luftstrom nicht weniger als 25 min^–1 betragen, sonst wird der Wirkungsgrad der Regenerierung aufgrund der Tatsache beeinträchtigt, dass teilweise umgekehrte Prozesse, wie eine Adsorption der desorbierten schädlichen Verunreinigungen, vonstatten gehen.
Das Verfahren wird anhand eines bestimmten Beispiels bestätigt.
In einer Einrichtung zur Behandlung von Luft in einem Passagierabteil eines Transportmittels wird Luft, die Hexandampf mit einer Konzentration von 23 mg/m³ enthält, in einem Strom mit 10 m³/h zur Reinigung in die Sorptionspatrone eingeführt, die Kieselgel und Aktivkohle enthält. Das Volumen des Kieselgels in der Patrone beträgt 615 cm³, das Volumen der Aktivkohle beträgt 775 cm³, das Volumenverhältnis der Sorptionsmittel liegt bei 0,79. Die in der atmosphärischen Luft enthaltene Feuchtigkeit wird auf dem Kieselgel sorbiert, wohingegen das Hexan durch die Aktivkohle entfernt wird. Nach dem Sorptionsprozess, der etwa vier Stunden dauert, werden die Sorptionsmittel der Regenerierung unterzogen. Für diesen Zweck werden sie auf 160°C erwärmt. In diesem Fall wird der Auslass der Vorrichtung mit der Atmosphäre verbunden, wodurch es möglich wird, das Verfahren bei Atmosphärendruck durchzuführen. Nachdem eine Temperatur von 160°C erreicht ist, wird die Heizeinrichtung abgeschaltet, und der Ventilator wird mit einem Luftstrom von 120 min^–1 angeschaltet. Hexan, das auf der Aktivkohle adsorbiert ist, wird durch den aus dem Kieselgel desorbierten Wasserdampf herausgedrückt und zusammen damit in die Atmosphäre abgegeben.
In diesem Fall beträgt der Wirkungsgrad bei der Regenerierung 82 % und die Zeit zum Abkühlen der Aktivkohle auf Normaltemperatur liegt bei 20 Minuten.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Erfindung erfüllt das Kriterium der „industriellen Anwendbarkeit", da 'sie unter Verwendung bekannter Materialien, Produktionseinrichtungen und Verfahren verwirklicht werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle, hauptsächlich in Einrichtungen zu Behandlung von Luft in Passagierabteilen eines Transportmittels, das aus der Adsorption von Wasserdampf auf Kieselgel besteht, der in dem Kondensat der Feuchtigkeit aus der Atmosphäre enthalten ist, ermöglicht es, die in der Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit auszunutzen und das Abkühlen des Sorptionsmittels schnell durchzuführen.

Claims

Verfahren zum Regenerieren von Aktivkohle, hauptsächlich in Einrichtungen zur Behandlung von Luft, die in Passagierabteilen von Transportmitteln verwendet werden, das aus dem Regenerieren, das mit Hilfe von Wasserdampf durchgeführt wird, besteht dadurch gekennzeichnet dass das Kondensat der Feuchtigkeit aus der Atmosphäre, das vorher bei der Reinigung der Luft auf Kieselgel adsorbiert worden ist, als Wasserdampfquelle verwendet wird, wobei die Regenerierung bei Atmosphärendruck unter Erwärmen auf eine Temperatur von 160°C, gefolgt vom Kühlen mit Hilfe eines Ventilators durchgeführt wird, wobei das Verhältnis von Volumenstrom des Ventilators zum Gesamtvolumen der Sorptionsmittel nicht weniger als 25 min^–1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der Sorptionsmittel Kieselgel – Aktivkohle innerhalb von 0,4 bis 1,1 ausgewählt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Regenerieren von Aktivkohle, hauptsächlich in einem Passagierabteil eines Transportmittels, mit Hilfe von Wasserdampf, die eine Sorptionspatrone, in der sich Kieselgel und Aktivkohle befinden, ein Heizelement zum Erwärmen der Sorptionspatrone beim Regenerieren und einen Ventilator umfasst, der mit der Sorptionspatrone verbunden ist, um sie abzukühlen und die Regenerierungsprodukte in die Atmosphäre abzugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der Sorptionsmittel Kieselgel – Aktivkohle in der Sorptionspatrone 0,4 bis 1,1 beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung so gestaltet ist, dass die Sorptionspatrone auf 160°C erwärmt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator so gestaltet ist, dass das Verhältnis von dessen Volumenstrom zum Gesamtvolumen der Sorptionsmittel nicht weniger als 25 min^–1 beträgt.