DE3523192A1

DE3523192A1 - Verfahren zum reinigen von luft- oder gasstroemen nach dem mehrweg-sorptionsprinzip und zur ausfuehrung des verfahrens geeignete wanderbettfilteranlage

Info

Publication number: DE3523192A1
Application number: DE19853523192
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Ohlmeyer; Juergen Dipl Chem Wilhelm; Hans-Georg Dipl Ing Dillmann
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-08
Also published as: SE8604790D0; SE8604790L; GB8626069D0; SE459850B; DE3523192C2; GB2196550A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Luft- oder Gasströmen nach dem Mehrweg-Sorptionsprinzip und eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Wanderbettfilteranlage gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.

Bei jedem Querstromschüttgutfilter (Einschicht-, Mehrschicht- bzw.Mehrweg- Sorptionsfiltern) wird der Gesamtabscheidegrad im Filter- bzw. Sorptionsmaterial infolge des von der Schütthöhe abhängigen hydrostatischen Druckes und der deshalb unterschiedliche Schüttdichte, Strömungsgeschwindigkeit und der dadurch beeinflussten Beladung sowie bei kontinuierlicher Wanderung des Filtermateriales (Schüttgutes) durch das Filterbett durch die in Wanderrichtung zunehmende Beladung herabgesetzt.

Verbesserungen wurden bei einschichtigen Querstromfiltern teilweise durch eine veränderte Schüttschichtdicke und bei Mehrschichtfiltern durch eine Teilnachfilterung versucht. Der Ausnutzungsgrad des Filter- bzw. Sorptionsmateriales ist jedoch nach wie vor nicht zufriedenstellend und wird nur bei diskontinuierlich wanderndem Schüttgut etwas verbessert.

Auch kurze Leitbleche in den Ecken von Kanälen, die dazu dienen den Strömungswiderstand solcher Ecken zu verringern, können nicht dazu beitragen den Gesamtabscheidegrad des Filtermateriales eines Mehrweg-Sorptionsfiltergehäuses wesentlich zu verbessern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Reinigung von Luft- oder Gasströmen der eingangs beschriebenen Art sowie eine dafür geeignete Wanderbettfilteranlage zu schaffen, mittels welcher man bezüglich des Ausnutzungsgrades des Filter- bzw. Sorptionsmateriales im Filterbett nahezu an die theoretischen Auslegungswerte der Filter kommen kann. Dieses sollte sowohl bei kontinuierlichem als auch diskontinuierlichem Betrieb des Wanderbetts möglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, welches aus den Merkmalen bzw. Verfahrensschritten besteht, die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben sind. Eine besonders vorteilhafte Wanderbettfilteranlage in einem Gehäuse zur Durchführung dieses Verfahrens wird aus den Merkmalen gebildet, die im Kennzeichen des Patentanspruches 2 angegeben sind. Eine besonders vorteilhafte Lösung wird dabei aus den weiteren Merkmalen der Kennzeichen der Patentansprüche 3 und 4 gebildet.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht nun darin, daß bei Mehrschicht- bzw. Mehrweg-Sorptionsfiltern mit Wanderbetten durch Leitbleche oder Leitkanäle der zu filternde Gasstrom nach der ersten Schüttschicht so geführt wird, daß jeweils der schlechter gereinigte Anteil auf eine geringer beladene Schüttschicht trifft. Die durchströmten Sektionen des Filterbettes können dabei zum Zwecke der Optimierung auch unterschiedliche Größen, d.h. Höhen bzw. Dicken haben. Es wird somit durch einfache Maßnahmen der Gas- bzw. Luftführung der Abscheidegrad bzw. die Filtermaterialausnutzung in betrachtlicher Weise erhöht. Damit erhält man bei einem gleichen Filtermaterialeinsatz eine Verbesserung des Gesamtabscheidegrades und bei gleichem Gesamtabscheidegrad eine Verringerung des Filtermaterialbedarfs und des Druckverlustes bei der Luftförderung sowie eine Kostensenkung bei der Regeneration bzw. Deponie des verbrauchten Filtermaterials. Dabei kann die Erfindung für alle Arten von Schadstoffen in Gas- oder Luftströmen eingesetzt werden. Durch die Aufteilung des Gases kann außerdem eine eventuell vorgesehene Dosierung von Zusatzstoffen zwischen den einzelnen Abscheidestufen einer Anlage, z.B. Ammoniak bei der NO_x-Umsetzung, exakt nach dem Restschadstoffgehalt eingestellt werden, womit Überdosierungen usw. ausgeschlossen werden.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der zugehörigen Wanderbettfilteranlage werden im folgenden und anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Gehäuse für eine Wanderbettfilteranlage nach dem Mehrweg-Sorptionsprinzip, mittels welcher das neue Verfahren durchgeführt wird in einfacher Ausführung
und

Fig. 2 ein Gehäuse für drei und mehr parallel geschaltete Filterbetten, von denen das rechts gezeichnete eine von den linken abweichende Lage der Führungsbleche aufweist.

Die Fig. 1 zeigt ein Filtergehäuse, welches im wesentlichen auf einer senkrecht stehenden Filterkammer 1.1 zur Aufnahme des rieselfähigen Filter- bzw. Sorptionsmaterials 2 als Wanderbett für das Mehweg-Sorptionsprinzip, aus den daran gasdicht angeflanschten Anschlußkammern 3 und 4 für die Zu- bzw. Abfuhr des zur reinigenden Luft- oder Gasstromes 5 und der Umlenkkammer 6 besteht. Durch diese werden zwei Abscheidestufen gebildet, eine erste untere, bestehend aus den Bettzonen D und C sowie eine zweitere obere, bestehend aus den Zonen B und A. Die Zonen sind in den Figuren durch strichpunktierte Linien 15 abgegrenzt. Die Zufuhr des Gasstromes 5 erfolgt rohluftseitig durch die untere Kammer 3. Nach Durchströmen der Zonen D und C als erste Abscheidestufe wird der Gasstrom in der Umlenkkammer 6 um- bzw. wieder zum Wanderbett zurückgelenkt, um nach Durchströmen der Zonen A und B als zweite Abscheidestufe durch die obere Kammer 4 reinluftseitig wieder abgegeben zu werden. Die Filtermaterialaufgabe von z.B. frischer Aktivkohle für das Wanderbett in der Filterkammer 1.1 erfolgt von oben durch die obere Öffnung 7, die Entnahme z.B. der beladenen Aktivkohle von unten mittels der unteren Öffnung 8. Das Filterbett wandert somit von oben nach unten hintereinander durch die Zonen A, B, C und D.

Die Filterkammer 1 besteht aus einem senkrecht stehenden und im wesentlichen allseitig geschlossenen Blechgehäuse, in dessen Wand mittels Luftdurchtrittsgittern oder Sieben 9, 10 und 11 abgedeckte Öffnungen 12, 13 und 14 enthalten sind, wobei die Maschenweite der Siebe 9,10 und 11 kleiner als die Korngröße des Filtermateriales ist. Auf die Öffnungen 12 und 13 sind die Zufuhr- 3 und die Abfuhrkammer 4, auf die Umlenköffnungen 14 die Umlenkkammer 6 jeweils gasdicht aufgesetzt. Dabei liegt der Strömungsweg zwischen der Oberkante der Öffnung 12 und die Unterkante der Öffnung 13 mindestens soweit auseinander, so daß auch die Teilgasmenge, die den direkten Weg durch das Filtermaterial 2 unter Umgehung der Umlenkkammer 6 nimmt, die gleiche Verweilzeit im Filterbett aufweist, wie der Hauptluftstrom, d.h. in der Regel zweimal Filterbettiefe.

In die Umlenkkammer 6 ist ein Führungsblech 16 eingebaut, welches diese in zwei Teilkanäle 17 und 18 unterteilt. Jeder Teilkanal 17 und 18 ist an seinem Beginn an der der Zuführöffnung 12 gegenüberliegenden Seite jeweils den Zonen D und C der ersten Abscheidestufe, die etwa an der Linie 15 getrennt sind, zugeordnet und leitet jeweils den Gasanteil aus jeder Zone getrennt für sich weiter zur zweiten Abscheidestufe. Dabei führt der Teilkanal 17 von der untersten Zone D den Teilstrom 5.1 zur obersten Zone A und der andere Teilkanal 18 den Teilstrom 5.2 von der Zone C zur Zone B.

Das Gas strömt nun rohluftseitig der ersten Abscheidestufe über die Öffnung 12 und das Gitter 9 den zwei Zonen D und C zu und wird für jede Zone getrennt in zwei Teilgasströme 5.1 und 5.2 über die Kanäle 17 und 18 den Zonen A und B der zweiten Stufe nach Umlenkung der Strömungsrichtung zugeführt. Danach wird das Gas reinluftseitig durch die Abführkammer 4 wieder abgeleitet. Die Lage des Führungsbleches 16 kann variiert werden, so daß die Zonen D und C bzw. A und B gleich groß sind (siehe Filterkammer 1.2 und 1.3 in der Fig. 2) oder kann jeweils die eine Zone doppelt so groß bzw. hoch sein wie die andere (siehe Kammer 1.1 der Fig. 1 oder Kammer 1.4 der Fig. 2). Das Führungsblech 16 kann starr montiert oder aber beweglich angebracht sein. Ebenso ist eine Aufteilung in mehr als zwei Teilkanäle durch mehr als ein Führungsblech 16 möglich, wodurch sich entsprechend mehr Zonen in den einzelnen Abscheidestufen ergeben.

Das Verfahrensprinzip der Luft- bzw. Gasreinigung in dem Gehäuse 1 ist nun wie folgt:

Der Gasstrom 5 wird jeweils abhängig von seinem Reinigungsgrad in der ersten Abscheidestufe in Teilströme 5.1 und 5.2 aufgeteilt, die dann jeweils wieder gezielt bestimmten Schichten der zweiten Abscheidestufe, abhängig von deren Beladegrad zugeführt werden. Dabei wird z.B. der Teilstrom 5.1 aus der untersten Schicht bzw. Zone D, d.h. der am schwächsten gereinigten - da diese Zone D den höchsten Beladegrad aufweist - der obersten Schicht bzw. Zone A der zweiten Stufe zugeführt, da diese Zone A am frischesten d.h. am geringsten beladen ist.

Umgekehrt wird der am zweitschwächsten gereinigte Teilstrom 5.2 aus der Zone C - die den zweithöchsten Beladegrad aufweist - der zweitobersten Zone B, d.h. der zweitfrischesten zugeführt. Damit wird nun eine optimale Gesamtbeladung des Filtermateriales 2 erreicht.

Die Fig. 2, bei welcher mit der Fig. 1 identische Positionen gleiche Nummern aufweisen, zeigt mehrere parallel geschaltete Filterkammern und in ihrem linken Teil davon zwei Kammern 1.2 und 1.3, deren Umlenkkammern zu einer gemeinsamen Kammer 19 zusammengefaßt sind. In dieser Kammer 19 sind doppelt Führungsbleche 20 und 21 angeordnet, die durch Stützen 22 auf Abstand voneinander gehalten und an den Wänden der Kammer 19 befestigt sind. Zwischen diesen Führungsblechen 20 und 21 werden nun der gemeinsame Teilkanal 23 für die Teilströme 5.1 der Zonen D zu A der beiden Filterkammern 1.2 und 1.3 und die Teilkanäle 24 und 25 für die Teilströme 5.2 der Zonen D zu B gebildet. Dabei ist die Trennlinie 15 zwischen den Zonen so gelegt, daß jeweils beide Zonen C und D bzw. A und B gleich hoch sind. Das Prinzip ist jedoch dasselbe wie das in der Fig. 1 bei der Filterkammer 1.1 gezeigte.

Die beiden Filterkammern 1.3 und 1.4 im rechten Teil der Fig. 2 besitzen gemeinsame Anschlußkammern 26 und 27 für die Zu- und Abfuhr des bzw. der Gasströme 5. Bei der Filterkammer 1.4 sind die Zonen C und B doppelt so hoch ausgebildet wie die Zonen D und A. Das Prinzip der Aufteilung des Gasstromes 5 in Teilströme, die abhängig vom Reinigungsgrad den unterschiedlichen Beladegrad aufweisenden Zonen der nächsten Abscheidestufe zugeführt werden, ist jedoch dasselbe, wie das in der Fig. 1 dargestellt. Bei den parallel geschalteten Gehäusen sind jeweils die gleichen Positionen vorhanden.

Geht man von einem identischen Gehäuse wie das in der Fig. 1 gezeigte ohne Aufteilung des Luftstromes 5 in Teilströme 5.1 und 5.2 aus und definiert man die gleichen Zonen A, B, C und D von oben nach unten, wobei sich an gleich hohen Zonen bzw. Schichtdicken beispielsweise bei kontinuierlichem Betrieb typische Dekontaminationsfaktoren DF von für die einzelnen Zonen ergeben und der Dekontaminationsfaktor DF das Verhältnis der Schadstoffkonzentration am Filtereintritt zu dem am Filteraustritt ist,
so ergibt sich für die herkömmliche Filteranlage ohne Teilstromtrennung, d.h. mit Gasmischung ein Gesamtdekofaktor von

Für das neue Verfahren in der vorgeschlagenen Wanderbettfilteranlage mit Teilstromauftrennung und getrennter Zonenbeaufschlagung der einzelnen Abscheidestufen erhält man einen Gesamtdekofaktor d.h. eine Verbesserung von rund 37%. Der Abscheidegrad einer Filteranlage ist dabei durch η = 100 - (100/DF _ges[%]) gegeben.

Bezugszeichenliste:

1.1 Filterkammer
1.2 Filterkammer
1.3 Filterkammer
1.4 Filterkammer
2 Filter- bzw. Sorptionsmaterial
3 Anschlußkammer-Gaszufuhr
4 Anschlußkammer-Gasabfuhr
5 Gastrom
(Luftstrom)
5.1 Teilgasstrom
5.2 Teilgasstrom
6 Umlenkkammer
7 obere Öffnung
8 untere Öffnung
9 Luftdurchtrittsgitter
10 Luftdurchtrittsgitter
11 Luftdurchtrittsgitter
12 Zufuhröffnung
13 Abfuhröffnung
14 Umlenköffnung
15 Abgrenzungslinie
16 Führungsblech
17 Teilkanäle
18 Teilkanäle
19 gemeinsame Umlenkkammer
20 Führungsblech
21 Führungsblech
22 Stützen
23 gemeinsamer Teilkanal
24 Teilkanal
25 Teilkanal
26 Anschlußkammer - Gaszufuhr
27 Anschlußkammer - Gasabfuhr

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von Luft- oder Gasströmen, welche nach dem Mehrweg-Sorptionsprinzip in Querrichtung mehrfach hintereinander in jeweils einer Abscheidestufe durch ein mehrteiliges Wanderbett geführt werden, welches aus rieselfähigen Filter- bzw. Sorptionsmaterialien besteht, die diskontinuierlich bis kontinuierlich mittels Schwerkraft durch das Wanderbett geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom nach jeder Abscheidestufe in zwei bis n Teilströme aufgeteilt wird und jeder Teilstrom abhängig von seinem Reinigungsgrad in der ersten bzw. vorangehenden Abscheidestufe einer Schüttschicht von bestimmtem Beladegrad der zweiten bzw. nächsten Abscheidestufe zugeführt wird, z.B. ein schwach gereinigter Teilstrom aus der ersten Stufe einer schwach beladenen Schüttschicht der zweiten Stufe und ein anderer oder ein weiterer, stärker gereinigter Teilstrom entsprechend umgekehrt einer oder einer weiteren stärker beladenen Schüttschicht.

2. Wanderbettfilteranlage zum Reinigen von Gas- oder Luft strömen nach dem Mehrweg-Sorptionsprinzip zur Durchführung eines Reinigungsverfahrens nach Anspruch 1 mit einer senkrecht stehtenden Filterkammer zur Aufnahme rieselfähiger Filter-bzw. Sorptionsmaterialien als Wanderbett, das mit einer oberen Aufgabe- und einer unteren Abzugseinrichtung für die Materialien sowie seitlichen Anschlußkammern zur Zu- und Abfuhr des Luft- oder Gasstromes sowie einer oder mehreren Umlenkkammern zur Rückführung des Gasstromes zu einer zweiten oder einer weiteren Abscheidestufe in demselben Wanderbett oberhalb der ersten Abscheidestufe ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der oder den Umlenkkammer(n) (6) Mittel vorhanden sind, mittels denen der aus der ersten, unteren Abscheidestufe (C, D) durch das Wanderbett (2) in die Umlenkkammer (6) gelangende Gasstrom (5) in mindestens zwei Teilströme (5.1, 5.2) aufgeteilt ist und mittels denen jeweils der in der ersten bzw. unteren Abscheidestufe (D) des Filterbettes (2) am wenigsten gereinigte Teilstrom (5.1), d.h. ein unterer, auf eine geringer beladene bzw. frischere Schüttschicht (A), d.h. eine obere der zweiten bzw. oberen Abscheidestufe (A, B) trifft und jeweils jeder in der ersten Abscheidestufe (C, D) besser bzw. am besten gereinigte Teilstrom (5.2) auf eine höher beladene Schicht (B) der zweiten Abscheidestufe (A, B) trifft.

3. Filteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufteilen des Gasstromes (5) in Teilströme (5.1, 5.2) aus Führungsblechen (16 bzw. 20, 21) bestehen, die die Umlenkkammer (6 bzw. 19) vom Eingang bis zum Ausgang zwischen den Abscheidestufen (C, D und A, B) in Teilkanäle (17, 18 bzw. 23 und 24, 25) unterteilen, deren Ein- und Ausgänge den Schüttschichten mit den verschiedenen Renigungsgraden zugeordnet sind.

4. Filteranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbleche (16 bzw. 20, 21) in den Umlenkkammern (6 bzw 19) in ihrer Lage in den Kammern (6 bzw. 19) längs verschieblich bzw. höhenverstellbar sind, um verschiedene Höhen bzw. Dicken der Zonen A, B, C und D bzw. Schichten zu erzeugen.