DE3721039A1 - Verfahren zum reinigen von abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von gewerb­ lichen Abgasen, welche dampfförmige und/oder leicht konden­ sierbare Schadstoffe enthalten. Abgase der genannten Art fal­ len beispielsweise bei Trockenreinigungsprozessen und bei der Herstellung von siliciumorganischen Verbindungen an.

Aus DE-PS 27 01 938 (ausgegeben am 26. Juni 1980, H.-G. Krug­ mann) ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus Trockenreinigungsanlagen bekannt. Das Abgas wird hierbei in ein gekühltes Tauchbad, vorzugsweise in Tetrachlorethylen von -20°C, geleitet. In DE-OS 32 10 236 (offengelegt am 29. September 1983, M. Nitsche) ist ein Abgasreinigungsverfahren beschrieben, während dessen in einem ersten Schritt das Abgas im Gegenstrom zu einer gekühlten Umlaufflüssigkeit geleitet und in einem zweiten Schritt durch eine Adsorberfüllung, bei­ spielsweise aus Aktivkohle, geführt wird.

Aufgabe der Erfindung war es, Abgase, insbesondere hochbela­ dene, welche dampfförmige und/oder leicht kondensierbare so­ wie gegebenenfalls zusätzliche Stäube und/oder schwer konden­ sierbare schädliche Gase enthalten, in solchem Maße von den genannten Verunreinigungen zu befreien, daß die so gereinig­ ten Gase moderne Abgasnormen erfüllen. Insbesonders war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Abgase zu reinigen, wel­ che bei der Herstellung und Verarbeitung von siliciumorgani­ schen Verbindungen anfallen.

Die genannten Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, daß ein Verfahren entwickelt wurde zur Reini­ gung von gewerblichen Abgasen, welche dampfförmige und/oder leicht kondensierbare Schadstoffe enthalten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gase

• a) in einem ersten Schritt in einem indirekt gekühlten Wär­ metauscher abgekühlt werden, wobei gegebenenfalls ein Teil der Schadstoffe agglomeriert und/oder kondensiert wird, und die so gekühlten Gase anschließend
• b) durch einen direkt durch ein Siliconöl gekühlten Wärme­ tauscher geleitet werden.

Enthalten die Abgase, die durch das erfindungsgemäße Verfah­ ren gereinigt werden sollen, Staub oder ähnlich feindisperse Feststoffe, so kann es ratsam sein, sie vor Eintritt in das erfindungsgemäße Verfahren zu entstauben. Dies kann durch Staubfilter, Elektroabscheider oder Zyklone erreicht werden, welche vorzugsweise bei Temperaturen arbeiten, bei denen sich die dampfförmigen und/oder leicht kondensierbaren Komponenten des Abgases noch nicht oder nur in geringer Menge in flüssi­ ger Form niederschlagen können. Beim Entstauben sind, sofern eine Beheizung aus dem o.g. Grund notwendig ist, insbesonde­ re Brüdenfilter, d.h. mit Dampf beheizte Staubfilter, bevor­ zugt.

Die (nunmehr) staubarmen Abgase werden im Rahmen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens in einem indirekt gekühlten Wärmetau­ scher abgekühlt. Vorzugsweise wird ein Rohrbündel-Wärmetau­ scher eingesetzt, wobei das zu reinigende Abgas innerhalb der Rohre geführt wird. Im indirekt gekühlten Wärmetauscher kann das Abgas bei Drücken über und unter 0,1 MPa (abs.) gefahren werden. Zur Erleichterung der Kondensation der zu kondensie­ renden Abgaskomponenten kann Überdruck, beispielsweise bis zu 1 MPa (abs.), angewandt werden. Es ist jedoch bevorzugt, das Abgas etwa beim Druck der umgebenden Atmosphäre, also 0,09 bis 0,11 MPa (abs.) durch den indirekt gekühlten Wärmetau­ scher zu führen. Die Temperatur des Kühlmediums sollte vor­ zugsweise so hoch gewählt werden, daß keine oder nur eine ge­ ringe Menge eventuell vorhandener kristallisierbarer Abgasbe­ standteile, wie beispielsweise Wasser, ausgefrieren. In die­ sem indirekt gekühlten Wärmetauscher kondensierte Abgasbe­ standteile können, abhängig von ihrer Zusammensetzung, direkt in die Anlagen, aus denen das Abgas stammt, zurückgeführt werden; gegebenenfalls ist eine beispielsweise destillative Auftrennung des Kondensats vor dessen Rückführung in die ge­ nannten Anlagen oder vor einer anderen Weiterverwendung von Vorteil. Mit dem aus dem indirekt gekühlten Wärmetauscher ab­ laufenden Kondensat werden auch noch, sofern im Abgas noch vorhanden, kleinere Mengen an Staubpartikeln aus dem Abgas ausgewaschen.

Das auf die vorstehend beschriebene Weise von höhersiedenden Komponenten und, falls im zu reinigenden Abgas zugegen, von Staub und ähnlichen feindispersen Feststoffen befreite Abgas wird nun durch einen direkt durch ein Siliconöl gekühlten Wärmetauscher geleitet. Vorzugsweise liegt die Temperatur des zur Kühlung verwendeten Siliconöls unterhalb der Austritts­ temperatur des Abgases aus dem indirekt gekühlten Wärmetau­ scher. Zur Kühlung bzw. als Absorptionsmittel eignet sich je­ des Siliconöl, dessen Stockpunkt weit genug unterhalb der ge­ wünschten Kühltemperatur liegt und das mit den Komponenten des Abgases, wie es am Austritt aus dem indirekt gekühlten Wärmetauscher anfällt, keine unerwünschten chemischen Reak­ tionen eingeht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auf­ grund seines niedrigen Stockpunkts, seiner leichten Zugäng­ lichkeit und seines chemischen Verhaltens insbesondere Hexa­ methyldisiloxan als Kühlmedium bzw. als Absorbens für den di­ rekt gekühlten Wärmetauscher bevorzugt, oder ein Gemisch von Hexamethyldisiloxan mit höhersiedenden Organosiloxanen kann eingesetzt werden. Als höhersiedende Organosiloxane sind ins­ besondere Polydimethylsiloxane bevorzugt. Die Temperatur des als Kühlmittel bzw. als Absorbens verwendeten Siliconöls wird so gewählt, daß der Anteil der oberhalb des Stockpunkts des Siliconöls kondensierbaren und/oder der in dem Siliconöl lös­ lichen Abgaskomponenten nach Austritt aus dem direkt gekühl­ ten Wärmetauscher den gewünschten Normen entspricht. Als Ausführungsformen des mit Siliconöl direkt gekühlten Wärme­ tauschers eignen sich im Prinzip alle für den Stoff- und Wär­ meaustausch zwischen flüssigen und gasförmigen Phasen bekann­ ten Apparate. Beispiele für solche Apparate sind Blasensäu­ len, im Gegenstrom betriebene Füllkörperkolonnen, Scheibel-, Glockenboden- oder Siebbodenkolonnen. Vorzugsweise wird der direkt mit Siliconöl gekühlte Wärmetauscher bei 0,09 MPa (abs.) bis 0,11 MPa (abs.) Druck, bezogen auf das zu reini­ gende Abgas, gefahren, insbesondere bei dem durch Regelung der gewünschten Abgasströmungsgeschwindigkeit durch die Strö­ mungswiderstände des Siliconöls und eventuell vorhandener Einbauten einstellenden, gegenüber dem Druck der umgebenden Atmosphäre erhöhten Druck des zu reinigenden Abgases. Das mit Abgaskomponenten beladene Siliconöl kann von diesen Komponen­ ten wieder befreit werden. Werden relativ niedrigsiedende Siliconöle, wie beispielsweise Hexamethyldisiloxan, verwen­ det, so empfiehlt sich die Reinigung des Öls durch einfache oder fraktionierte Destillation oder durch Rektifikation. Das auf diese Weise gereinigte Öl kann in den direkt gekühlten Wärmetauscher zurückgeführt werden.

Im Laufe der vorgenannten Verfahrensschritte wird das Abgas weitestgehend von seinen leicht kondensierbaren und in Sili­ conöl absorbierbaren unerwünschten Komponenten befreit. An­ teile von bis zu etwa 10 Gew.-% Wasser wirken nicht störend auf den Betriebszustand. Das Wasser/Eis-Phasengemisch kann kontinuierlich aus dem Prozess ausgeschleust werden. Es kann jedoch von Vorteil sein, weitere Komponenten aus dem Abgas zu entfernen. Beispiele für solche Komponenten sind basische oder saure Gase oder Gase, die mit Wasser zu Säuren oder Basen reagieren, wie Chlorwasserstoffgas, Ammoniak und Stick­ oxide. Sind solche Komponenten im nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu reinigenden Abgas zugegen, so wird dieses Abgas vorzugsweise im Anschluß an die vorstehend beschriebenen Ver­ fahrensschritte einer Gaswäsche unterzogen. Beispiele für geeignete Gaswäscher sind Riesel- und Sprühtürme, Boden- und Füllkörperkolonnen und Dünnschichtabsorber.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen von Abgasen kann in Gegenwart von Inertgas, beispielsweise Stickstoff, durch­ geführt werden, z.B. bei Prozessen mit Gasinhaltsstoffen, die zünd- bzw. explosionsfähig sind. Wird dem zu reinigenden Ab­ gas während oder zwischen einem oder mehreren der vorgenann­ ten Verfahrensschritte Inertgas zudosiert, so ist es, je nach der Art des zu reinigenden Abgases, möglich, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigte Gas fast ausschließ­ lich Inertgas und/oder andere inerte Gase enthält. In diesem Fall kann das gereinigte Gas ganz oder teilweise an einer oder an mehreren Stellen in die vorstehend beschriebene Anla­ ge zum Reinigen von gewerblichen Abgasen zurückgeführt werden (Kreislaufführung des Inertgases).

Die zu reinigenden Abgase und die Inertgase können durch Ver­ dichter beschleunigt werden. Beispiele für solche Verdichter sind Kolben-, Kreisel-, Rotations- und Treibmittelverdichter. Sollten die zu reinigenden Abgase korrosiv sein, so sind die vom Abgas beströmten Flächen wie Rohrleitungen Verdichter, Wärmetauscher etc., entsprechend auszulegen, sei es durch Schützen der Oberfläche durch Kunststoffe wie Gummierung, Emaillierung oder Beschichtung mit PTFE, sei es durch Auswahl passiver oder passivierender Werkstoffe, wie hochlegierte Stähle, beispielsweise Chrom-Nickel-Stähle, wie V4A oder von PTFE, Glas und dergleichen mehr.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Rei­ nigung siliciumorganische Verbindungen enthaltenden Abgasen, nicht zuletzt deshalb, weil siliciumorganische Verbindungen sehr gut von dem im direkt gekühlten Wärmetauscher als Kühl- und Absorptionsmedium enthaltenen Siliconöl absorbiert und gelöst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich je­ doch auch zur Rückgewinnung von leichtflüchtigen Lösungsmit­ teln aus Abgasen, wie sie beispielsweise bei der chemischen Reinigung von Textilien, bei der Entfettung von Metallen und bei der Extraktion anfallen.

Beispiel

Im nachfolgenden Beispiel wurde ein Abgas gereinigt, das hochdisperse Kieselsäure, Ammoniak und siliciumorganische Verbindungen (hauptsächlich Trimethylsilanol, Hexamethyldi­ silazan und Hexamethyldisiloxan) enthielt.

Die Apparatur bestand neben Rohrleitungen, Verdichtern bzw. Gebläsen und Meßeinrichtungen insbesondere aus

• a) Brüdenfilter: Ref.-Nr. A 4-402 der Firma Technotrade (CH-8610 Uster);
• b) Rohrbündelwärmetauscher; Kühlmittel: Sole von -2°C;
• c) Direkt gekühlter Wärmetauscher (Blasensäule): "Frigosolver" 80/200 SkAou der Firma Citex Maschinen- Apparatebau Alfred Krugmann (D-2000 Hamburg) Kühlmittel: Hexamethyldisiloxan/Polydimethylsiloxan (Viscosität bei 25°C: 80-150 mm²/s) einer Temperatur von -20°C;
• d) Ammoniakwäscher: Type 1.D.309 der Firma Sulzer (CH-8401 Winterthur);
• Waschflüssigkeit: Vollentsalztes Wasser

Abgasstrom: 160 m³/h, davon 150 m³/h Inertgas (Stickstoff).

In der folgenden Tabelle sind die jeweiligen Temperaturen und Konzentrationen der Verunreinigungen angegeben.

Claims (5)

1. Verfahren zur Reinigung von gewerblichen Abgasen, welche dampfförmige und/oder leicht kondensierbare Schadstoffe enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase

• a) in einem ersten Schritt in einem indirekt gekühlten Wärmetauscher abgekühlt werden, wobei gegebenenfalls ein Teil der Schadstoffe agglomeriert und/oder konden­ siert wird, und die so gekühlten Gase anschließend
• b) durch einen direkt durch ein Siliconöl gekühlten Wärmetauscher geleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt b) eingesetzte Siliconöl Hexamethyldi­ siloxan bzw. ein Gemisch aus Hexamethyldisiloxan und höhersiedenden Organosiloxanen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase vor Eintritt in Schritt a) entstaubt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase vor Eintritt in Schritt a) durch einen beheiz­ ten Staubfilter entstaubt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abgas nach Austritt aus Schritt b) in einem Gaswäscher an schwer kondensierbaren oder in Schritt b) nicht absorbierten Schadstoffen abgereichert wird.