DGE-Adsorber für den Umweltschutz - DGE GmbH

Rohgas
Rohgas
Adsorption
Rohgas
Reingas
· Umweltschutz
· Verfahrenstechnik
· Anlagenbau
DGE-Adsorber für den Umweltschutz
Zur Abluft- und Abwasserreinigung
Miniadsorber DGE-Mini-AD
Reingas
Regeneration
Dampf oder Heißgas
Rohgas Reingas
Adsorption Regeneration
Dr.-Ing. Günther Engineering GmbH
stehender
Festbettadsorber DGE-FBAD-S
Ringsorber DGE-RGAD
Reingas
liegender
Festbettadsorber DGE-FBAD-L

DGE-Adsorberauswahl – Einsatzgebiete – Leistungsgrenzen
für die Abgas- und Abluftreinigung
Volumenstrom m 3 /h
DGE-Adsorberbelastungsdiagramm
Jeder Adsorbertyp ist aufgrund seiner Apparategeometrie und Funktionsweise
für einen begrenzten Leistungsbereich einsetzbar. Eine überschlägige Abschätzung
des Adsorberdurchmessers kann für eine gegebene Abluftmenge mit oben
stehender Abbildung vorgenommen werden. Der angegebene Einsatzbereich
berücksichtigt ein gasseitiges Belastungsverhältnis von etwa 1:3, in dessen
Grenzen ein sicherer Betrieb problemlos möglich ist. Für die exakte Festlegung
des optimalen Arbeitsbereiches müssen weiter die Schadgas-beladung,
der Regenerationsmechanismus und der Regenerationszyklus berücksichtigt
werden.
Bei besonders hohen Anforderungen an die Reinigungsleistung, wie bei kanzerogenen
Stoffen und Stoffen der Klasse I nach TA-Luft ist oft eine Regeneration
mit Trocknungsluftrückführung notwendig. Die Trocknungsluftrückführung muß
bei der Dimensionierung der Adsorber mit berücksichtigt werden und erfordert
zusätzlich für die Regenerationsschritte eine sichere Auslegung mit Reserven.
Die Anlagendimensionierung und Verfahrensauswahl erfordert aufgrund der komplizierten
unterschiedlichen Prozesse immer eine technische Detailbetrachtung.
Druckverlust Pa/m
Adsorberdruckverluste
Adsorberdurchmesser mm
Druckverlust von Adsorbentien
8000
7000
6000
Aktivkohle 2 mm
5000
3 mm
4000
3000
2000
4 mm
1000
0
DAY 3–4 mm
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
freie Gasgeschwindigkeit m/s
Das DGE-Adsorberprogramm besteht
aus verschiedenen Adsorbertypen.
Nach Einsatzfall werden einzelne
Adsorbertypen als Ein- oder Mehrbettanlagen
oder in Kombination mit
verschiedenen Adsorbertypen ausgeführt.
Für die Einsatzgebiete in der Abgasreinigung
und Abwasserreinigung
werden Standardanlagen und spezielle
Systemlösungen angeboten. Für komplizierte
Problemstellungen stehen
DGE-Versuchsanlagen zur Pilotierung
zur Verfügung.
Als Adsorbentien werden je nach Aufgabenstellung
unterschiedliche Aktivkohlen,
Molekularsiebe oder Zeolithe
eingesetzt.
Die wichtigsten klassischen Einsatzgebiete
für DGE-Adsorber sind:
Abgasreinigung
• Entfernen von organischen Substanzen
und Lösungsmittelrückgewinnung
mit kontinuierlicher Regeneration
über Dampf oder Heißgas
• Entfernen von anorganischen und organischen
Substanzen mittels Austauschfilter
Wasserreinigung
• Entfernen von organischen Substanzen
und Lösungsmitteln mit kontinuierlicher
Regeneration über Dampf
• Entfernen von anorganischen und organischen
Substanzen mittels Austauschfilter
Gastrocknung
• Entfernen von Wasser aus Gasen
• Trocknen von Druckluft
Das DGE-Adsorberprogramm umfaßt
ein komplettes Lieferprogramm inclusive
aller Dienstleistungen, wie Behördenengineering,
für turn key Anlagen. Montage
und Service werden von eigenem
Personal durchgeführt.
DGE-Adsorber bestehen aus Stahl,
Edelstahl, hochlegierten Edelstählen,
Kunststoff oder sind mit keramischen
Materialien ausgekleidet. Als Bauform
wird die stehende oder liegende zylindrische
Ausführung bevorzugt, wobei für
spezielle Einsatzfälle eckige Sonderbauarten
realisiert werden.
Für die exakte Festlegung des hydraulischen Arbeitsbereiches sind neben den gasseitigen Druckverlusten für die Beladeluft
auch die gasseitigen Druckverluste für Trocknungs- und Kühlluft sowie den Regenerationsstrom bei der Heißgasregeneration
als wichtige Prozeßgröße für die Auslegung der einzelnen Verfahrensschritte zu berücksichtigen. Je nach
eingesetzten Adsorbens lassen sich die zu erwartenden Druckverluste für die einzelnen Gasströme vorausberechnen. Mit
obiger Abbildung kann eine Abschätzung für unterschiedliche Adsorbentien vorgenommen werden.

DGE-Adsorberauslegung für Adsorption und Regeneration
für die Abgas- und Abluftreinigung
Die Beurteilung des Adsorptionsvermögens
einer Komponente (Adsorptiv)
an einem Adsorbens erfolgt über
experimentell ermittelte Isothermen, mit
denen konzentrationsabhängig die
Gleichgewichtsbeladung für Einzelkomponenten
charakterisiert werden. Mit
Hilfe des Isothermenmodells nach
DUBININ
-ln X = A + B (R T ln Y) 2
kann aus den erhaltenen Meßwerten die
Temperaturabhängigkeit gut beschrieben
werden.
Bei vorgegebener Adsorbergeometrie
kann mit dem IAS-Modell die Durchbruchskurve
für einen Prozeß berechnet
werden.
Bei Mehrkomponentengemischen müssen
die Wechselwirkungen der Komponenten
untereinander berücksichtigt
werden. Dies führt zu korrigierten
Gleichgewichtsbeladungen, mit denen
die Vorausberechnung vorgenommen
werden kann. Für unterschiedliche
Wanderungsgeschwindigkeiten der
Konzentrationsfront im Adsorberbett hat
DGE ein Schichtenmodell entwickelt,
mit dem diese Prozesse gut abgeschätzt
werden können. Die so ermittelten
Daten erlauben eine gesicherte
Anlagenauslegung.
Um die vorausberechneten Standzeiten
des Adsorbens einzuhalten, muß bei
kontinuierlich arbeitenden Adsorptionsanlagen
der Regenerationsprozeß abgeschlossen
sein.
Störende Komponenten, wie saure oder
alkalische Bestandteile, Stäube, polymerisierende
Stoffe u.a. müssen vom
Adsorbens ferngehalten werden.
Die Auswahl des Adsorbens wird oft
durch die Randbedingungen bestimmt.
Für Aktivkohlen liegen z.Z. allgemein die
größten Erfahrungen vor. Gegenüber
den Aktivkohlen haben Zeolithe eine
geringere Aufnahmekapazität, sind jedoch
nicht brennbar und reduzieren
damit das Risikopotential bei leicht
brennbaren Komponenten, wie Ketonen.
Durch die geringere Wasseraufnahme
von Zeolithen erfordert deren Einsatz
keine Abluftaufbereitung durch
Konditionierung.
Auswahl des Regenerationsverfahrens
Adsorbensbeladung %
45
40
35
30
25
20
15
Meßwerte bei T = 20 °C
Ausgleichsrechnung
Isotherme für Diethylether
Adsorbens: Aktivkohle AS IV
Berechnung für T = 40 °C
nach Dubinin
Berechnung für T = 120 °C
nach Dubinin
10
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Luftbeladung g/m 3
Adsorptions- und Regenerationsbedingungen
Adsorption
Abluftgeschwindigkeit im Adsorber 0,1 – 0,4 m/s
Schütthöhe 0,5 – 2,5 m
Adsorptionszeit 2 – 24 h
Regeneration
Dampfregeneration
Dampfwanderungsgeschwindigkeit 0,03 – 2,0 m/s
Bedampfungszeit 0,5 – 3,0 h
Trocknungszeit 0,5 – 4,0 h
Kühlzeit 0,5 – 2,0 h
Heißgasregeneration
Regenerationsgeschwindigkeit
im Adsorber 0,3 – 0,5 m/s
Regenerationstemperatur 120 – 250 °C
Desorptivkondensation -20 – -40 °C
Desorptionszeit 2,0 – 6,0 h
Kühlzeit 0,5 – 2,0 h
Die angegebenen Werte sind Durchschnittswerte. Eine exakte Berechnung erfolgt
in Abhängigkeit von den Auslegungsdaten und den zur Verfügung stehenden
Betriebsmitteln. Zur sicheren Betriebsweise von Aktivkohleanlagen hat DGE
ein System der adaptiven Prozeßsteuerung entwickelt, mit der Regeneration
und Adsorption ständig überwacht und optimiert werden.
Die Auswahl des Regenerationsverfahrens ist von folgenden Randbedingungen abhängig: Adsorptivzusammensetzung,
Adsorptivkonzentration, Adsorptivrecycling, Desorbatentsorgung, Sicherheitsanforderungen, betriebliche Situation, geforderte
Reingaswerte.
Mit diesen Randbedingungen wird die zum Einsatz kommende effektivste Methode mit: Dampfregeneration, Heißgasregeneration
oder Vakuumregeneration festgelegt.
DGE-Adsorptionsanlagen arbeiten mit Dampfregeneration oder Heißgasregeneration.

DGE-Adsorptionsverfahren
zur Lösungsmittelrückgewinnung und für die Abgas- und Abluftreinigung
Dampf
Reingas
Wasser
Rohgas
Abwasser
LSM/Wasser
Wasser
Temperatur in °C
Reingas
Wasser
Rohgas
Absorption
UEG
Abwasser
LSM/Wasser
Kühler 1 Erhitzer 1
Wasser
Adsorption
NaOH
Adsorptionsverfahren
Kühler 2
Erhitzer 2
Regeneration
CSB
TIC QI
Kühler 3
C
QIC
Ventilator
105
95
85
75
65
55
45
35
25
0 60 120 180 240
Zeit (min)
M_Luft/M_Kohle = 4,3
Absorption
vorausberechnete Trocknungskurve
Adsorption Regeneration
NaOH
Kühler 1
Kühler 2
Erhitzer 1
Wiederanlagerung
Sicherheitsschaltung
Ventilator
Die Auswahl des geeigneten Adsorptionsverfahrens und des richtigen
Adsorptionsmittels ist von der vorhandenen Aufgabenstellung, den verfügbaren
Betriebsmitteln, der stofflichen Verwertung und den Entsorgungsaufwendungen
abhängig. Für die Realisierung der Anlagensteuerung wird das
von DGE entwickelte Konzept der adaptiven Prozeßsteuerung eingesetzt.
Bei der Behandlung von Vielstoffgemischen sind hier oft umfangreiche Untersuchungen
notwendig. In diese Untersuchungen müssen auch Verfahrenskombinationen
mit einbezogen werden.
Von DGE werden für die Anwendung der Adsorptionstechnik die Verfahren
BIOAD, BIOSORP sowie der Closed Emission Process (CEP) entwickelt
und eingesetzt.
Dampfregeneration
Dampfregenerierte Verfahren eignen
sich zur Lösungsmittelrückgewinnung
und Abluftreinigung von Vielstoffgemischen.
Mit dampfregenerierten
Adsorptionsanlagen lassen sich sehr
niedrige Reingaswerte im Bereich von
1–10 ppm realisieren. Das anfallende
Desorbat muß aufbereitet werden. Für
den biologischen Abbau oder die
Kreislaufführung der wäßrigen Phase
des Desorbates wurden von DGE
Kompaktanlagen entwickelt.
Insbesondere für hohe Rohgasbeladungen
und Ketone hat DGE ein adaptives
Anlagensicherheitssystem entwikkelt,
mit dem kritische Analgenzustände
vermieden werden.
Der Regenerationsschritt eines Adsorbers
entscheidet über die Effektivität der
Prozeßführung. Nur ein vollständig von
Schadstoffen befreiter, getrockneter und
gekühlter Adsorber besitzt für den neuen
Adsorptionszyklus die optimalen Bedingungen.
Nebenstehende Abbildung zeigt den
Temperatur-/Zeit-Verlauf des Trocknungsvorganges
eines dampfregenerierten
Adsorbers.
Während dampfregenerierte Adsorptionsverfahren
zur Abluft- und Abwasserreinigung
eingesetzt werden, erfolgt
die technische Anwendung der
Heißgasregeneration ausschließlich bei
der Abluftreinigung.
Heißgasregeneration
Heißgasregenerierte Adsorptionsprozesse
lassen sich vorteilhaft zur wasserarmen
Lösungsmittelrückgewinnung
und Gastrocknung einsetzen. Die
Adsorptionsfähigkeit des eingesetzten
Adsorptionsmittels wird ebenfalls durch
den Regenerationsschritt bestimmt. Die
Entfernung der Lösungsmittel aus dem
Regenerationskreislauf erfolgt durch
Kondensation und ist immer unvollständig.
Damit lassen sich mit diesem Verfahren
niedrige Reingaswerte von unter
10 ppm nur mit großem technischen
Aufwand erreichen. Bei der Verwendung
von Zeolithen als Adsorptionsmittel kann
auf eine aufwendige Luftentfeuchtung
verzichtet werden.
Der technisch einfachste Prozeß der
Adsorption mit Heißgasregeneration
stellt die Gastrocknung bzw. Drucklufttrocknung
an Molekularsieben dar.

DGE-Adsorptionsverfahren
zur Abwasserreinigung
Das Adsorptionsvermögen eines
Adsorbens kann analog der Gasphasenadsorption
durch experimentell
ermittelte Isothermen dargestellt werden.
Als Isothermenmodelle sind die
Ansätze nach LANGMUIR, FREUND-
LICH oder DUBININ geeignet. Die
Auslegung von Adsorberbetten für die
Mehrkomponentenadsorption kann mit
dem IAS-Modell erfolgen.
Experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung
des FREUNDLICH-Koeffizienten
k haben folgenden grundlegenden
Zusammenhang ergeben:
(1) lg k = a M R - b N f + c A - d d p - e
(2) lg k = f N C - g N H + h N N - i N O + j N Br
+ l N Cl - m
Mit diesen Beziehungen kann eine allgemeine
Aussage über die Adsorbierbarkeit
von Stoffen an unterschiedlichen
Adsorbentien getroffen werden.Therme
mit positivem Vorzeichen verbessern die
Adsorbierbarkeit, und Therme mit negativen
Vorzeichen verschlechtern diese.
Aus nebenstehenden Abbildungen kann
die Adsorbierbarkeit von verschiedenen
Stoffen an Wasserreinigungskohle entnommen
werden.
Die Adsorptionsbehälter werden je nach
Aufgabenstellung und Einsatzgebiet aus
PP, PE, Edelstahl oder GFK gefertigt.
Der Austausch von beladenen Adsorbentien
kann durch Austausch vor Ort
oder Wechsel eines kompletten Adsorbers
erfolgen.
Durch Adsorption in der wäßrigen Phase
können sehr hohe Reinigungsleistungen
und niedrige Restbeladungen
erreicht werden.
Oft sind Verfahrenskombinationen,wie:
Strippung – Adsorption
Destillation – Adsorption
Biologie – Adsorption
effektiv, bei denen die Adsorption als
Nachbehandlungsstufe realisiert wird.
Für die Versuchsdurchführung bei komplizierten
Aufgabenstellungen stehen
DGE-Pilotanlagen und Meßtechnik zur
Verfügung.
Adsorptions- und Regenerationsbedingungen
relative Beladung mol/g
relative Beladung mg/g
10 -2
10 -3
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
10 -9
Wasser verunreinigt
10 3
10 2
10 1
10 0
10 -1
10 -2
10 -3
10 -6
Nitrobenzen
Adsorption Regeneration
Strömungsgeschwindigkeit im Adsorber : 2–10 m/s Dampfwanderungsgeschwindigkeit : 0,03–2,0 m/s
Schütthöhen : 0,5–3 m Bedampfungszeit : 0,5–3,0 h
Kontaktzeiten :15–60 Min. Bettkühlung und Rückspülung nach Erfordernis
10 -8
2,4,6-Trichlorphenol
Trichlorethylen Ethylenchlorid
10 -5
Bei den meisten Anwendungsfällen werden Adsorber mit Austauschadsorbentien eingesetzt. Die am häufigsten verwendeten
Adsorbentien sind Aktivkohlen, als Form- oder Pulverkohle und Polymerharze.
10 -4
10 -7
Pestizide
10 -6
10 -5
Konzentration (mol/l)
polycyclische Aromaten
10 -3
10 -2
Konzentration (mg/l)
10 -1
Phenol n-Butanol
10 -4
10 0
10 -3
10 1
10 -2
monocyclische
Aromaten
Halogenkohlenwasserstoffe
10 2
10 -1
Wasser gereinigt
Verfahrensschema einer dreistufigen Adsorptionsanlage mit Austauschkohle
10 3

Stehende Festbettadsorber aus 1.4539 für eine dampfregenerierte Adsorptionsanlage zur Reinigung einer Abluftmenge
von 6.000 m 3 /h (Lösungsmittelgemische).
Ringsorber aus PP für eine Abluftmenge von 10.000 m 3 /h als Pufferadsorber mit
Wärmetauscher und Bypaß für das BIOSORP-Verfahren
Stehender Festbettadsorber aus 1.4571
für eine Abwassermenge von 0,5 m 3 /h
zur Grundwasserreinigung (CKW).
DGE GmbH
Hufelandstraße 33
06886 Lutherstadt Wittenberg
Tel.: (0 34 91) 66 18 41
Fax: (0 34 91) 66 18 42
DGE GmbH
Tattenkofener Straße 25
82538 Geretsried
Tel.: (0 81 71) 9 00 51
Fax: (0 81 71) 9 00 52