Beschreibung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess.

Stand der Technik

Prozessluft kann als Medium bei gewissen Prozessschritten zur Herstellung von Erzeugnissen zum Einsatz kommen, um gewisse technische Wirkungen wie eine Trocknung in einem Prozessschritt herbeizuführen. Die Prozessluft kann bei Industrieprozessen Betriebsstoffe aufnehmen, wobei die Prozessluft nach Verlassen des Industrieprozesses in die Umgebung abgegeben wird. Solche Betriebsstoffe können jedoch Schadstoffe enthalten, die sich negativ auf die Umwelt auswirken. Zur Reduzierung der negativen Umweltauswirkung muss diese Abluft entsprechend behandelt werden, auch um gegebene gesetzliche Grenzwerte von Schadstoffen in der in die Umgebung abzugebenden Abluft einzuhalten.

Bei der Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess kann es sich hier um eine Reinigung der Luft von den in Industrieprozessen verwendeten Lösemitteln handeln. Eine solche Behandlung kann wie oben erwähnt aus regulatorischen Gründen zum Ablassen in die Umgebung und/oder auch aus ökonomischen Gründen zur allgemeinen Weiterverwendung in weiteren Industrieprozessen veranlasst sein, letzteres kann insbesondere beim Einsatz besonders wertvoller Lösemittel der Fall sein.

Im Stand der Technik sind insbesondere Verfahren mit einem Kondensationsschritt bekannt, wobei Kondensate aus der Prozessluft abgeschieden werden und Lösemittel dadurch zurückgewonnen werden können.

CA2214542A1 zeigt ein Verfahren, bei dem ein Lösemittel bei der Herstellung von Lithium- lonen-Batterien zurückgewonnen werden kann, indem das Lösemittel aus einer lösemittelhaltigen Prozessluft auskondensiert. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Prozessluft, insbesondere zur Rückgewinnung von Lösemitteln, welche in Industrieprozessen wie bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen. Das Verfahren umfasst Kondensationsvorgänge, die auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten, wobei ein lösemittelhaltiges Kondensat aus der Prozessluft abgeschieden und anschließend einem Rückgewinnungsprozess zugeführt wird. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess, insbesondere zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Rückgewinnung von Kondensat aus einer Prozessluft anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess mit einem Hauptstrom gelöst, wobei mindestens ein Teil der Prozessluft mit folgenden Verfahrensschritten behandelt wird: ein erster Kondensationsschritt, bei dem ein erstes Kondensat aus der Prozessluft abgeschieden und einem ersten Rückgewinnungsprozess zugeführt wird, ein nach dem ersten Kondensationsschritt stattfindender zweiter Kondensationsschritt, bei dem ein zweites Kondensat aus der Prozessluft abgeschieden und einem zweiten Rückgewinnungsprozess zugeführt wird, wobei die niedrigste bei dem zweiten Kondensationsschritt erreichte Temperatur der Prozessluft niedriger ist, als die niedrigste bei dem ersten Kondensationsschritt erreichte Temperatur der Prozessluft.

Die Erfinder haben nämlich festgestellt, dass es für die Rückgewinnung von insbesondere lösemittelhaltigem Kondensat vorteilhaft sein kann, die Prozessluft mit zwei Kondensationsschritten zu behandeln, wobei die Prozessluft bei dem zweiten Kondensationsschritt auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird als bei dem ersten Kondensationsschritt. Mit Hilfe der zweistufigen Behandlung lässt sich die Prozessluft intensiver behandeln und so ein höherer Anteil von Lösemitteln aus der Prozessluft abscheiden, als dies mit einem einstufigen Kondensationsprozess möglich ist. Als besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber einem alternativen Verfahren mit einem dem ersten Kondensationsschritt nachgeschalteten Konzentrator, wobei das Lösemittel von dem Konzentrator adsorbiert wird, insbesondere wenn das zu adsorbierende Lösemittel einen vergleichsweisen niedrigen Dampfdruck aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer nebengeordneten Alternative mit einem Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess mit einem Hauptstrom und einem Nebenstrom gelöst, wobei mindestens ein Teil der Prozessluft mit folgenden Verfahrensschritten behandelt wird: ein erster Kondensationsschritt, bei dem ein erstes Kondensat aus der Prozessluft abgeschieden und einem ersten Rückgewinnungsprozess zugeführt wird. Ein Teil der Prozessluft wird nach dem ersten Kondensationsschrit in einer ersten Abzweigung in den Nebenstrom abgezweigt. Ferner wird ein Teil der Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt in einem ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt, wobei der erste Weiterbehandlungsschritt eine Wärmezuführung, und/oder eine Druckabsenkung, und/oder eine zweite Zuführung von Luft außerhalb des Hauptstroms umfasst. Nach dem ersten Weiterbehandlungsschritt wird ein Teil der Prozessluft in einer zweiten Abzweigung vorzugsweise mittels einer Hilfsleitung in den Nebenstrom abgezweigt und der Prozessluft im Nebenstrom zugeführt.

„Ein" und „eine" sind im Rahmen dieser Offenbarung ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe als unbestimmte Artikel und damit immer auch als „mindestens ein" bzw. „mindestens eine" zu lesen, es können also nach mehreren ersten Kondensationsschritten auch mehrere zweite Kondensationsschritte vorgesehen sein. Der erste bzw. zweite Kondensationsschritt kann jeweils auch als ein mehrstufiger erster bzw. mehrstufiger zweiter Kondensationsschritt verstanden werden. Insbesondere können ein erster bzw. zweiter Kondensationsschritt mehrere Kondensationsvorgänge umfassen (siehe unten). Richtungsangaben wie „nach" bzw. „vor" in dem Verfahren beziehen sich allgemein auf die Strömungsrichtung.

Beispielsweise soll die Formulierung „nach dem ersten Kondensationsschritt" bzw. „vor dem zweiten Kondensationsschritt" als „stromabwärts von dem ersten Kondensationsschritt" bzw. „stromaufwärts von dem zweiten Kondensationsschritt" verstanden werden. Ein Kühlkreislauf weist insbesondere eine Wärmequelle und eine Wärmesenke auf, wobei Wärmeenergie von der Wärmequelle zur Wärmesenke transportiert werden kann. Insbesondere kann die Wärmesenke eine Umgebung bzw. eine technische Vorrichtung z. B. einen Wärmetauscher bzw. eine Heizvorrichtung umfassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorzugsweise zur Behandlung von Prozessluft, die an einem Industrieprozess beteiligt war, beispielsweise bei der Trocknung einer Beschichtung zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere von Elektroden, Separatoren und/oder Membranen für Sekundärbatterien oder Brennstoffzellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein Teil der Prozessluft, in den Hauptstrom zum ersten Kondensationsschritt geführt. Vorzugsweise stellt der Hauptstrom einen kontinuierlichen Strömungsfluss der Prozessluft in dem Verfahren dar. Vorzugsweise umfasst der Hauptstrom die Strömung, die aus dem Industrieprozess zum ersten Kondensationsschritt geführt wird, also vorzugsweise den Großteil der zum ersten Kondensationsschritt geführten Prozessluft. Insbesondere umfasst die räumliche Ausdehnung des Hauptstroms auch denjenigen Strömungsraum, in dem der erste Kondensationsschritt stattfindet. Vorzugsweise wird die Prozessluft vollständig bei dem Verfahren in dem ersten Kondensationsschritt behandelt.

In einer weiteren Ausführungsform könnte die räumliche Ausdehnung des Hauptstroms auch denjenigen Strömungsraum umfassen, in dem der zweite Kondensationsschritt stattfindet. Der Hauptstrom würde also in diesem Fall zuerst durch den ersten Kondensationsschritt und anschließend durch den zweiten Kondensationsschritt hindurchgeführt werden.

Besonders bevorzugt ist es allerdings, dass der zweite Kondensationsschritt sich außerhalb des Hauptstroms befindet, der Hauptstrom also lediglich durch den ersten, aber nicht durch den zweiten Kondensationsschritt hindurchgeführt wird.

Die Prozessluft kann ein Gasgemisch sein, wobei mindestens ein Bestandteil auskondensierbar ist. Insbesondere umfasst ein solcher Bestandteil ein Lösemittel. Ein Lösemittelbestandteil kann beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Triethylphosphat (TEP), Ethylen-Acrylsäure-Copolymer (EAA), Dimethylacetamid (DMAc) oder auch Wasser, Aceton bzw. Alkohol sein. Bei dem ersten und zweiten Kondensationsschritt kann die Prozessluft vorzugsweise einen Wärmetauscher durchströmen und dabei gekühlt werden, sodass Wärme von der Prozessluft an den Wärmetauscher abgegeben werden kann. Bei einer Abkühlung der Prozessluft können Aerosole in der Luft entstehen, die dann durch Einbauten zum Abfangen von Tröpfchen hindurchgeleitet werden. Dadurch können Lösemittel und/oder Wasser, auskondensieren, abgefangen und anschließend abgeschieden werden.

Das aus der Prozessluft abgeschiedene erste Kondensat wird nach der Abscheidung dem ersten Rückgewinnungsprozess zugeführt. Die Zuführung in den ersten Rückgewinnungsprozess kann auch mehrere Zwischenschritte umfassen, die der Rückgewinnung dienen. Solche Zwischenschritte können ein Abfangen von Kondensat in dem ersten Kondensationsschritt bzw. auch ein Zuleiten durch eine Leitung in einen Behälter außerhalb einer Vorrichtung umfassen, in der der Kondensationsschritt ausgeführt wird. Auch kann das erste Kondensat mittels einer Pumpe direkt in einen Rückgewinnungsprozess befördert werden. Ebenfalls zählen weiterführende Zwischenschritte wie das Reinigen, Reaktivieren, Klären bzw. Temperieren des Kondensats dazu. Bei der Zuführung in den ersten Rückgewinnungsprozess kann ein Kondensat durch ein Filtern von Schmutz befreit, anschließend chemisch aktiviert und auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden. Der erste Rückgewinnungsprozess kann bevorzugt unmittelbar nach der Abscheidung beginnen und lediglich ein Abführen des Kondensats beispielsweise zu einem Sammelbehälter umfassen, woraufhin ein separater anschließender Prozess stattfinden kann. Das erste Kondensat wird also bei dem ersten Rückgewinnungsprozess in diesem Fall nicht weiter aufbereitet, sondern lediglich nach dem Auskondensieren aus der Prozessluft abgeführt.

Das zweite Kondensat kann vorzugsweise analog zum ersten Kondensat aus der Prozessluft abgeschieden und dem zweiten Rückgewinnungsprozess zugeführt werden. Die Zuführung des zweiten Kondensats in den zweiten Rückgewinnungsprozess kann vorzugsweise wie bei dem ersten Kondensat mehrere Zwischenschritte umfassen, die der Rückgewinnung dienen.

Der zweite Rückgewinnungsprozess kann auch analog zum ersten Rückgewinnungsprozess lediglich ein Abführen von dem zweiten Kondensat nach der Abscheidung umfassen, wird also auch in diesem Fall nicht weiter aufbereitet. Die Prozessluft erreicht bei dem zweiten Kondensationsschritt eine niedrigere Temperatur als bei dem ersten Kondensationsschritt. Die Temperatur der Prozessluft in dem zweiten Kondensationsschritt kann also auch im Durchschnitt niedriger sein als in dem ersten Kondensationsschritt. Die Prozessluft kann eine niedrigste Temperatur bei dem ersten Kondensationsschritt von ca. 25 °C, 20 °C, 15 °C oder weniger erreichen. Bei dem zweiten Kondensationsschritt kann die Prozessluft dagegen eine niedrigste Temperatur von -5 °C oder weniger erreichen.

Ein Kondensationsschritt kann insbesondere mehrere Abkühlungsstufen, also zum Beispiel mehrere hintereinander geschaltete Kühlelemente bzw. Wärmetauscher, umfassen, bevor die Prozessluft wieder aufgeheizt wird. Bei einer mehrstufigen Abkühlung der Prozessluft in einem Kondensationsschritt ist die niedrigste erreichte Temperatur als die niedrigste Temperatur über alle Abkühlungsstufen hinweg zu betrachten. Durch die unterschiedlich niedrigsten erreichten Temperaturen bei dem ersten und dem zweiten Kondensationsschritt können unterschiedliche Lösemittelbestandteile der Prozessluft mit jeweils unterschiedlichen Taupunkten jeweils getrennt bei dem ersten und bei dem zweiten Kondensationsschritt abgeschieden werden. Vorzugsweise findet ein Kondensationsschritt in einem jeweiligen Kondensator statt, insbesondere können alle Abkühlungsstufen eines Kondensationsschrittes in einem jeweiligen Kondensator stattfinden. Vorzugsweise weist ein Kondensationsschritt mindestens zwei Abkühlungsstufen auf, besonders bevorzugt drei Abkühlungsstufen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Kältemittel in einer Abkühlungsstufe zur Abkühlung der Prozessluft bei einem Kondensationsschritt verwendet, wobei Wärme in einer Wärmeverschiebung in der Abkühlungsstufe aus der Prozessluft entzogen und auf das Kältemittel übertragen wird. Das Kältemittel kann ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, sein. Das Kältemittel kann von der Prozessluft räumlich getrennt sein, beispielsweise kann das Kältemittel in einem von der Prozessluft räumlich getrennten Kühlkreislauf zirkulieren. Besonders bevorzugt weisen mehrere Abkühlungsstufen in einem Kondensationsschritt ein jeweiliges Kältemittel auf, z. B. ein erstes Kältemittel weist bei der ersten Abkühlungsstufe und ein zweites Kältemittel bei der zweiten Abkühlungsstufe auf. Optional können die Abkühlungsstufen auch jeweils getrennte Kühlkreisläufe aufweisen. Die bei der Abkühlung aus der Prozessluft entzogene Wärme kann dann der Prozessluft in einem Weiterbehandlungsschritt zugefügt werden. Die Wärmeverschiebung kann also mittels des Kältemittels zwischen dem Kondensationsschritt und dem Weiterbehandlungsschritt stattfinden, also Wärmeenergie aus der Prozessluft von dem Kondensationsschritt zum Weiterbehandlungsschritt übertragen. Das Kältemittel, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, kann also eine hohe Kühlleistung in der Abkühlungsstufe gewährleisten. Insbesondere kann die Kühlleistung in einem Luft-Wasser-Wärmetauscher höher als ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein. Vorzugsweise wird bereits in der ersten Abkühlungsstufe ein Kältemittel zur Abkühlung der Prozessluft verwendet, wobei die in der ersten Abkühlungsstufe aus der Prozessluft entzogene Wärme der Prozessluft in einem Weiterbehandlungsschritt zugefügt wird. Die Wärmeverschiebung kann schlicht mittels eines Umpumpens von Kältemittel realisiert werden. Optional kann die Wärmeverschiebung auch mittels einer Wärmepumpe realisiert werden.

Alternativ oder ergänzend ist ebenfalls eine Abscheidung im Sinne eines Kondensationsschritts vorstellbar, wobei ein Druck der Prozessluft beispielsweise vor oder während eines Kondensationsschrittes durch einen Verdichtungsvorgang mittels eines Kompressors erhöht wird, um die Partialdrücke der Bestandteile ebenfalls zu erhöhen. Dadurch kann sich eine höhere Abscheidungsrate pro Volumeneinheit Prozessluft erzielen lassen. Bevorzugt wird dabei eine Prozessluft nach dem Kondensationsschritt wieder auf ein niedrigeres Druckniveau entspannt, insbesondere wird das Druckniveau auf ein dem Druckniveau der anströmenden Prozessluft entsprechenden Wert abgesenkt.

Mit einem Volumenstrom ist naturgemäß auch ein Massenstrom gemeint, wobei die Dichte variabel sein kann. Es ist allerdings bei den Angaben zum Volumenstrom bevorzugt, dass die Dichte zur Beschreibung und zum Vergleich des Volumenstroms als Konstante angenommen wird. In diesem Fall verhält sich der Volumenstrom also proportional zum Massenstrom. Bei Kondensationsschritten kann im Allgemeinen vorgesehen sein, dass ein Kondensat entstehen kann. Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der Figuren- Beschreibung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens ein Lösemittel zurückgewonnen, wobei das erste Kondensat ein erstes Lösemittel und das zweite Kondensat ein zweites Lösemittel beinhaltet, wobei insbesondere erstes und/oder zweites Lösemittel eine Kohlenwasserstoffverbindung aufweisen. Insbesondere können das erste und das zweite Lösemittel identisch sein und gleichwohl unterschiedliche Konzentrationen bzw. Reinheitsgrade in dem jeweiligen Kondensat aufweisen. Sowohl das erste als auch das zweite Lösemittel wird insbesondere in einem Industrieprozess zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt und dort über einen Trocknungsprozess in eine Prozessluft übergeführt. Aus der Prozessluft werden die Lösemittel mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise wieder abgeschieden.

Die an einem Industrieprozess beteiligte Prozessluft ist also vorzugsweise Träger eines insbesondere bei Prozesstemperatur gasförmigen organischen Lösemittels, welches vorzugsweise mindestens eine Kohlenwasserstoffverbindung aufweist. Lösemittel mit gasförmigen organischen Bestandteilen sind auch als Lösemittel mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOC-Lösemittel) bekannt und können insbesondere NMP, TEP, EAA, DMAc oder dergleichen umfassen.

Ebenfalls vorstellbar ist ein Verfahren zur Rückgewinnung eines Lösemittels, wobei das erste Kondensat ein erstes Lösemittel und das zweite Kondensat ein zweites Lösemittel umfasst, wobei das erste und/oder das zweite Lösemittel ein anorganisches Lösemittel beinhaltet. Anorganische Lösemittel sind zur Lösung von organischen Bindemitteln zur Bildung von Farben oder Lacken geeignet. Insbesondere kann ein anorganisches Lösemittel auch Wasser umfassen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren einen

Volumenstrom in dem Hauptstrom und in einem Nebenstrom auf, bei welchem mindestens ein Teil der Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt in einer Abzweigung in den Nebenstrom zur Behandlung mit dem zweiten Kondensationsschritt abgezweigt wird, wobei der in den Nebenstrom abgezweigte Volumenstrom insbesondere kleiner ist als der nach der Abzweigung in dem Hauptstrom vorhandene Volumenstrom. Vorzugsweise wird die Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt in mindestens zwei Ströme, beispielsweise in einen Haupt- und in einen Nebenstrom aufgeteilt. Auch bei einer Verzweigung in mehrere Nebenströme ist der abgezweigte Volumenstrom insgesamt, welcher über alle Nebenströme hinweg aufaddiert wird, vorzugsweise kleiner als der vorhandene Volumenstrom, der im Hauptstrom stromabwärts der Abzweigung verbleibt. Lediglich ein kleinerer Teil der Prozessluft wird also aus dem Hauptstrom in den Nebenstrom abgezweigt und anschließend mit dem zweiten Kondensationsschritt behandelt.

Die Behandlung mit dem zweiten Kondensationsschritt von lediglich einem kleineren Teil der Prozessluft hat den Vorteil dahingehend, dass weniger Energie für die Abkühlung in dem zweiten Kondensationsschritt erforderlich ist, als der benötigte energetische Aufwand, um einen Großteil der Prozessluft in dem zweiten Kondensationsschritt zu kondensieren. Eine solche Verfahrensführung ermöglicht außerdem eine flexiblere Steuerung der in dem zweiten Kondensationsschritt zu kondensierenden Luftmenge nach wirtschaftlichen Kriterien.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Teil der Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt in einem ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt, wobei der erste Weiterbehandlungsschritt eine Wärmezuführung und/oder eine Druckabsenkung und/oder eine zweite Zuführung von Luft von außerhalb des Hauptstroms, insbesondere aus einer Umgebung und/oder aus einem Nebenstrom, umfasst, wobei mindestens ein Teil der Prozessluft nach dem ersten Weiterbehandlungsschritt zu einem Industrieprozess zurückgeführt wird. Besonders bevorzugt findet die erste Weiterbehandlung nach der Abzweigung in dem Hauptstrom statt. Vorzugsweise wird also die Prozessluft, die sich in dem Hauptstrom befindet, nach dem ersten Kondensationsschritt in dem ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt. Bezüglich des Hauptstroms liegt die Abzweigung also stromabwärts von dem ersten Kondensationsschritt und stromaufwärts von dem ersten Weiterbehandlungsschritt. Der erste Weiterbehandlungsschritt kann auch eine Wärmezuführung, eine Druckabsenkung und eine zweite Zuführung von Umgebungsluft bzw. Prozessluft von außerhalb des Hauptstroms, zum Beispiel aus einem Nebenstrom, umfassen. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass ein Teil der Prozessluft, welcher sich vorher, also stromaufwärts in dem Nebenstrom befindet, nach dem ersten und zweiten Kondensationsschritt in dem ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt wird. Die Prozessluft in dem Nebenstrom kann also durch den zweiten Kondensationsschritt geführt werden, bevor sie im ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt wird. Bevorzugt ist aber, dass die Prozessluft bereits nach dem ersten Kondensationsschritt im ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt wird. Der Hauptstrom kann also lediglich durch den ersten, aber nicht durch den zweiten Kondensationsschritt hindurchgeführt werden. Dazu wird der Hauptstrom nach dem ersten Kondensationsschritt vorzugsweise aufgeteilt, wobei der Hauptstrom zurückgeführt und der Nebenstrom dem zweiten Kondensationsschritt zugeführt wird. Vorstellbar ist optional eine Zuführung zum ersten Weiterbehandlungsschritt aus dem Haupt- und dem Nebenstrom. Die Prozessluft kann also aus dem Haupt- und dem Nebenstrom im ersten Weiterbehandlungsschritt zusammengeführt und weiterbehandelt werden.

Der erste Weiterbehandlungsschritt kann eine beliebige Kombination der beschriebenen Weiterbehandlungsmaßnahmen umfassen. Vorzugsweise kann die Prozessluft zuerst erwärmt werden, wobei der Prozessluft anschließend Umgebungsluft zugeführt werden kann, bevor die Prozessluft erneut weiter erwärmt wird. Ebenfalls vorstellbar ist im ersten Weiterbehandlungsschritt eine Entspannung der Prozessluft, gefolgt von einer Erwärmung der Prozessluft und einer Zuführung von Luft aus einer (natürlichen) Umgebung, bevor die Prozessluft erneut erwärmt wird. In einer alternativen Ausführung wird in dem ersten Weiterbehandlungsschritt Luft aus einem Nebenstrom und aus einer (natürlichen) Umgebung der Prozessluft zugefügt. In einer weiteren möglichen Ausführung wird ausschließlich aus einem Nebenstrom Prozessluft zugefügt, siehe unten im Ausführungsbeispiel für weitere Details. Durch die Weiterbehandlung der Prozessluft in dem ersten Weiterbehandlungsschritt kann die Aufnahmefähigkeit der Prozessluft für Lösemittel aus dem Industrieprozess erhöht werden. Im Falle einer Erhöhung derTrocknungsleistung in dem Industrieprozess kann das erfindungsgemäße Verfahren außerdem kurzfristig die Förderleistung insgesamt erhöhen, indem die Zuführung von Umgebungsluft in den ersten Weiterbehandlungsschritt erhöht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung findet der erste Weiterbehandlungsschritt nach der Abzweigung statt. Vorzugsweise schließt die Abzweigung hinter dem ersten Kondensationsschritt an, bevor ein kleinerer Teil der Prozessluft abgezweigt und als Nebenstrom zum zweiten Kondensationsschritt geführt wird. Die Abzweigung findet also bezüglich des Hauptstroms zwischen dem ersten

Kondensationsschritt und dem ersten Weiterbehandlungsschritt statt, ist also stromaufwärts von dem ersten Weiterbehandlungsschritt positioniert. Der zweite Kondensationsschritt kann also in dem Nebenstrom stattfinden. Besonders bevorzugt ist es, dass die Abzweigung vor einer Erwärmung des Hauptstroms in dem ersten Weiterbehandlungsschritt erfolgt.

Der nach der Abzweigung in dem Hauptstrom verbleibende Teil der Prozessluft kann nach der Abzweigung mit dem ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt werden. Eine solche Verfahrensführung kombiniert nämlich mindestens drei wesentliche Vorteile miteinander: Erstens wurde die als Nebenstrom abgezweigte Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt bereits abgekühlt, ist also beispielsweise kühler als nach dem ersten Weiterbehandlungsschritt, bevor die Prozessluft durch den zweiten Kondensationsschritt auf eine noch niedrigere Temperatur gebracht wird. Zweitens wird lediglich ein kleinerer Teil der Prozessluft aus dem Hauptstrom abgezweigt und mit dem zweiten Kondensationsschritt behandelt. Der insgesamt abzukühlende Volumenstrom der abgezweigten Prozessluft ist also kleiner als der des Hauptstroms. Drittens wird die Prozessluft in dem Hauptstrom nach lediglich einem, also nach dem ersten Kondensationsschritt von dem ersten Weiterbehandlungsschritt zur Rückführung in den Industrieprozess beispielsweise wieder aufgeheizt. Mit anderen Worten führt die Kombination dieser mindestens drei Vorteile nämlich zu einem wesentlich effizienteren Gesamtprozess, weil nur ein kleinerer Volumenstrom mit niedrigeren Temperaturen auskondensiert wird, das Restvolumen der Prozessluft aber weniger stark abgekühlt und daher auch weniger stark zur Rückführung in den Industrieprozess aufgeheizt werden muss.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Teil der Prozessluft nach dem zweiten Kondensationsschritt in einem zweiten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt, welcher zweite Weiterbehandlungsschritt eine Wärmezuführung, und/oder eine Druckabsenkung, und/oder ein Filtern und/oder einen dritten Kondensationsschritt und/oder ein Adsorbieren umfasst. Vorzugsweise wird die in dem zweiten Kondensationsschritt behandelte Prozessluft anschließend in dem zweiten Weiterbehandlungsschritt erhitzt und durch einen Filter geleitet, beispielsweise durch einen Aktivkohlefilter, um die Prozessluft noch weiter von Lösemittel zu reinigen. Der eingesetzte Filter kann so gewählt werden, sodass die durchströmte Prozessluft gesetzliche Emissionsgrenzen, insbesondere zum Ablassen in eine Umgebung, eingehalten werden können. In einer alternativen Ausführung kann der zweite Weiterbehandlungsschritt einen dritten Kondensationsschritt umfassen. Der dritte Kondensationsschritt kann eine noch niedrigere Temperatur erreichen, als es bei dem zweiten Kondensationsschritt der Fall ist. Ebenfalls vorstellbar in dem zweiten Weiterbehandlungsschritt ist der Einsatz von einem Konzentrator, um weitere Lösemittelbestandteile der Prozessluft durch Adsorption zu entfernen. Auch kann in dem zweiten Weiterbehandlungsschritt ein dritter Kondensationsschritt mit einem Filtern bzw. mit einer Adsorption kombiniert werden, um die zweite Weiterbehandlung ggf. besser angepasst auf die jeweiligen Lösemittelbestandteile in der Prozessluft zu ermöglichen.

Besonders bevorzugt wird der Nebenstrom durch den zweiten Kondensationsschritt hindurch geleitet und anschließend mit dem zweiten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt. Üblicherweise kann aber mindestens ein Teil der Prozessluft nach dem zweiten Weiterbehandlungsschritt als Abluft in die Umwelt entlassen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teil der Prozessluft nach dem zweiten Weiterbehandlungsschritt zu einem Industrieprozess zurückgeführt. Die Prozessluft kann nach dem zweiten Weiterbehandlungsschritt einem weiteren Prozess zur Verfügung gestellt werden, welcher die Prozessluft weiterverarbeitet. Insbesondere kann die Prozessluft mittelbar zu dem Industrieprozess zurückgeführt werden, indem die Prozessluft für den Einsatz in dem Industrieprozess vorkonditioniert, zum Beispiel in dem ersten Weiterbehandlungsschritt weiterbehandelt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Teil der Prozessluft aus dem Industrieprozess in den Hauptstrom geführt und dabei gefiltert. Bei dem Industrieprozess können Partikel entstehen, die bei der Führung der Prozessluft aus dem Industrieprozess mittransportiert werden. Damit solche Partikel vorzugsweise nicht in den ersten Kondensationsschritt gelangen, kann ein Filter bei der Führung der Prozessluft in den Hauptstrom eingesetzt werden, um die Partikel herauszufiltern. Grundsätzlich ist unter dem Begriff „Filtern" auch eine beliebige andere Abscheidung von Partikeln zu verstehen. Ein elektrostatischer Abscheider und/oder ein Zyklon können also ebenfalls in Betracht gezogen werden. Das Filter wird also vorzugsweise vor dem ersten Kondensationsschritt angeordnet. Das Filter kann insbesondere ein Filtersystem sein, welches den Druckverlust des Filterns minimiert. Das eingesetzte Filter ist vorzugsweise an der Partikelgröße angepasst, sodass für unterschiedliche Industrieprozesse verschiedene Filterarten eingesetzt werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Industrieprozess einen Trocknungsprozess, insbesondere ist der Industrieprozess Teil eines Herstellungsprozesses zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Insbesondere kann der Industrieprozess einen Beschichtungsprozess beinhalten, beispielsweise zur Beschichtung von Elektroden und Metallfolien. Der Industrieprozess kann ebenfalls eine Membranfertigung beinhalten. Der Industrieprozess kann aber auch Teil eines Herstellungsprozesses zur Herstellung von Holzerzeugnissen sein, wobei ein eingesetztes Lösemittel getrocknet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren eine Sammlung des ersten Kondensats bei dem ersten Rückgewinnungsprozess und/oder eine Sammlung des zweiten Kondensats bei dem zweiten Rückgewinnungsprozess zur Rückführung in einen Industrieprozess auf. Bei dem ersten bzw. zweiten Rückgewinnungsprozess wird das erste bzw. zweite abgeschiedene Kondensat vorzugsweise gesammelt. Die Sammlung des Kondensats kann auch ein Zwischenspeichern sein, bevor ein Lösemittelbestandteil des Kondensats in einen Industrieprozess zurückgeführt wird. Die Rückführung in einen Industrieprozess und die erneute Verwendung in diesem

Industrieprozess, kann gewisse technischen Anforderungen an das gesammelte Kondensat stellen, weshalb das gesammelte Kondensat in weiteren Prozessschritten aufbereitet werden muss. Die Rückführung in einen Industrieprozess umfasst also gegebenenfalls auch mehrere Aufbereitungsschritte zur Erreichung der geforderten Eigenschaften, zum Beispiel Reinheitsgrade, zur Verwendung in einen Industrieprozess.

Das aus der Prozessluft abgeschiedene Kondensat kann nämlich eine wässrige Lösemittelmischung aufweisen. Die Aufbereitung des Kondensats zur Rückführung in einen Industrieprozess kann insbesondere eine Destillation umfassen, um die in dem Kondensat enthaltenen Lösemittelbestandteile zu trennen und/oder die Konzentration der jeweiligen Lösemittelbestandteile zu erhöhen. Die Destillationstemperatur zur Trennung und/oder Anreicherung des zweiten Kondensats kann also eine andere als die Destillationstemperatur bei dem ersten Kondensat sein.

Es ist ebenfalls vorstellbar, dass lediglich das erste Kondensat bei dem ersten Rückgewinnungsprozess zur Rückführung in einen bzw. den Industrieprozess gesammelt wird und nicht das zweite Kondensat bei dem zweiten Rückgewinnungsprozess. Unter gewissen Umständen kann es möglicherweise vorkommen, dass eine Wirtschaftlichkeit für die Wiederaufbereitung des zweiten Kondensats zur Rückführung in einen bzw. den Industrieprozess nicht gegeben ist und deshalb auf eine Sammlung und Rückführung des zweiten Kondensats ggf. verzichtet werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren eine Wärmerückgewinnung bei dem ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kondensationsschritt auf. Vorzugsweise wird die bei dem jeweiligen Kondensationsschritt entzogene Wärme beispielsweise mittels eines Wärmetauschers bzw. einer Wärmepumpe zurückgewonnen. Bevorzugt wird die zurückgewonnene Wärme bei einer Erwärmung in dem Verfahren wieder der Prozessluft zugefügt, besonders bevorzugt innerhalb eines Kondensators, sodass der Wärmetransportweg zur Verlustvermeidung möglichst kurzgehalten werden kann. Ebenfalls vorstellbar ist eine Verwendung der zurückgewonnenen Wärme in einem Industrieprozess, also die zurückgewonnene Wärme aus dem jeweiligen Kondensationsschritt einem Industrieprozess zuzufügen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung findet im Rahmen des zweiten Kondensationsschrittes eine Enteisung statt, wobei die Zuführung von mindestens einem Teil der Prozessluft zum zweiten Kondensationsschritt zeitweise unterbrochen wird und/oder mindestens ein Teil der Prozessluft an dem zweiten Kondensationsschritt vorbei geleitet wird und/oder die Zuführung der Prozessluft zum zweiten Kondensationsschritt aufteilbar ist, wobei die Enteisung bei einem Teilstrom stattfindet. Insbesondere kann es vorkommen, dass der in der Prozessluft enthaltene Wasserdampf bei dem zweiten Kondensationsschritt durch die niedrige Temperatur als Feststoffpartikel (Eis) abgeschieden wird und beispielsweise an einer Kühlrippe in einem Wärmetauscher ablagert. Die Wärmeübertragung kann durch die Ablagerung von Eis an einer Kühlrippe oder einer Wärmeübertragungsfläche im Allgemeinen beeinträchtigt werden. Vorzugsweise wird bei der Enteisung die Wärmeübertragungsfläche von Eis befreit, sodass die volle Funktionsfähigkeit von dem Wärmetauscher wiederhergestellt werden kann. Die Enteisung kann durch eine Zugabe von Wärme erfolgen, um das Eis abzutauen. Eine Wärmezufuhr kann dabei beispielsweise über einen fluidischen Heizkreis (z.B. mittels zusätzlichem Heiz-Wärmetauscher oder Umschaltung eines als Kühlmedien-Kreis fungierenden Arbeitsmittelkreises des Wärmetauschers des Kondensators auf eine zumindest zeitweise Versorgung mit erwärmtem Enteisungsmedium) und/oder elektrische Heizelemente erfolgen. Auch ist es vorstellbar, zusätzlich zu der Zugabe von Wärme oder als Alternative, eine chemische Enteisung durch die Zugabe von Enteisungsflüssigkeit durchzuführen. Die Zugabe von Enteisungsflüssigkeit kann beispielsweise durch Besprühen der Wärmeübertragungsfläche erfolgen. Insbesondere kann das zweite Kondensat ein Lösemittel enthalten, welches zur Enteisung als Enteisungsflüssigkeit verwendet werden kann.

Ein Teil der Prozessluft kann bei der Enteisung an dem zweiten Kondensationsschritt vorbei geleitet werden. Die Prozessluft wird also vor dem Eintritt in den zweiten Kondensationsschritt umgeleitet und beispielsweise einem Strömungskanal stromab des zweiten Kondensationsschritts zugeführt. Insbesondere kann die Zuführung von Prozessluft in den zweiten Kondensationsschritt bei der Enteisung zeitweise unterbrochen und für die Dauer der Enteisung am zweiten Kondensationsschritt vorbeigeführt werden. Ein kontinuierlicher Strömungsfluss kann also auch während der Enteisung sichergestellt werden.

Die Zuführung der Prozessluft zum zweiten Kondensationsschritt kann auch bei der Enteisung in mindestens zwei, vorzugsweise mindestens zwei alternierend oder wechselweise mit Prozessluft versorgte Teilströme vor dem zweiten Kondensationsschritt aufgeteilt werden. Der Volumenstrom in einem Teilstrom kann insbesondere dem Volumenstrom des Nebenstroms entsprechen, der Nebenstrom kann also vollständig in einem Teilstrom hindurchgeleitet werden. Durch die Aufteilung der Prozessluft vor dem zweiten Kondensationsschritt kann beispielsweise ein Teilstrom enteist, während ein anderer Teilstrom mit dem zweiten Kondensationsschritt behandelt werden. Die Teilströme können also parallel verlaufen, und sowohl die Enteisung als auch der zweite Kondensationsschritt können parallel betrieben werden, sodass die Abscheidung eines zweiten Kondensats weiterhin mindestens in einem Teilstrom während der Enteisung erfolgen kann. Ein kontinuierlicher Strömungsfluss lässt sich ebenfalls mit dieser Lösung sicherstellen.

Die Enteisung kann insbesondere auch zeitgleich mit dem zweiten Kondensationsschritt stattfinden, indem ein Teilbereich des Strömungsraumes enteist wird. In einer solchen Ausführung kann die Enteisung lokal, also stellenweise stattfinden, sodass das Kondensieren insbesondere an anderen Stellen in dem Strömungsraum weiterhin stattfinden kann.

Die Enteisung kann dahingehend so verstanden werden, dass ein Enteisungsprozess zumindest in Gang gesetzt worden ist, auch wenn ein physikalisches Enteisen, also bei einer tatsächlichen Zustandsänderung von der Feststoff- in die Flüssigphase, noch nicht eingesetzt hat. Ebenfalls umfasst die Enteisung eine gewisse Dauer bzw. einen zeitlichen Abstand nach dem physikalischen Enteisen, um beispielsweise ein Abführen von Wasser zu ermöglichen.

Ebenfalls vorstellbar ist eine Enteisung mit einem vorausschauenden Enteisungsverfahren, in dem relevante Betriebsparameter aufgenommen und überwacht werden, damit das Enteisungsmittel so zeitlich auf die zu enteisenden Oberflächen angebracht werden kann, dass die Eisablagerungsvorgänge so gehemmt werden können, damit zeitliche Unterbrechungen des zweiten Kondensationsschritts zur Enteisung zumindest vermindert oder gar verhindert werden können.

Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess, vorzugsweise zum Ausführen eines vorstehenden Verfahrens.

Der vorliegenden Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Vorrichtung für die Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess zur Rückgewinnung von Kondensat anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess, insbesondere zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit einem Hauptstrom, einem ersten Kondensator, welcher ein erstes Kühlelement und einen ersten Abscheider aufweist, wobei die Prozessluft durch das erste Kühlelement innerhalb des ersten Kondensators gekühlt und anschließend durch den ersten Abscheider hindurch geleitet wird, wobei ein erstes Kondensat aus der Prozessluft abgeschieden und einem ersten Rückgewinnungsprozess zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist ferner ein hinter den ersten Kondensator geschalteter zweiter Kondensator vorgesehen, welcher ein zweites Kühlelement und einen zweiten Abscheider aufweist, wobei die Prozessluft in dem zweiten Kondensator durch das zweite Kühlelement gekühlt und anschließend durch den zweiten Abscheider hindurch geleitet wird, wobei ein zweites Kondensat aus der Prozessluft abgeschieden und einem zweiten Rückgewinnungsprozess zugeführt wird.

Vorzugsweise wird der Hauptstrom aus dem Industrieprozess in einen ersten Kondensator geführt. Darin wird die Prozessluft vorzugsweise durch ein erstes Kühlelement hindurchgeleitet. Insbesondere kann das erste Kühlelement ein Wärmetauscher mit Kühlrippen sein, insbesondere Teil einer Wärmepumpe bzw. eines Kühlkreislaufs, wodurch Wärme aus der Prozessluft entzogen und in ein Kühlmedium bzw. Wärmetauscherfluid übertragen werden kann. Durch die Abkühlung kann Kondensat auf einer Wärmeübertragungsfläche, zum Beispiel an den Kühlrippen, ablagern, wodurch ein erstes Kondensat abgeschieden werden kann. Hinter dem ersten Kühlelement ist vorzugsweise ein Abscheider angeordnet, durch den die Prozessluft ebenfalls hindurchgeleitet werden kann. Ebenfalls können Aerosole durch die Abkühlung entstehen, welche ebenfalls durch den Abscheider hindurchgeleitet werden können. Dadurch kann weiteres Kondensat in Form von feinen Tröpfchen von dem Abscheider abgefangen werden. Der Abscheider kann insbesondere ein Prallabscheider oder Demister sein, welcher beispielsweise ein Drahtgeflecht aufweist.

Erfindungsgemäß ist der zweite Kondensator dem ersten Kondensator nachgeschaltet. Die Prozessluft wird also in diesem Fall vorzugsweise durch den ersten Kondensator hindurchgeleitet, bevor die Prozessluft in dem zweiten Kondensator behandelt wird. Insbesondere gibt die Vorrichtung die Möglichkeit, dass mehrere zweite Kondensatoren hinter dem ersten Kondensator angeordnet werden können, dass die zweiten Kondensatoren also zueinander parallel und gleichzeitig zum ersten Kondensator seriell angeordnet werden können.

Der zweite Kondensator weist wie der erste Kondensator ein zweites Kühlelement und einen zweiten Abscheider auf, allerdings ist der zweite Kondensator so ausgelegt, dass darin die Prozessluft derart abgekühlt wird, dass die niedrigste in dem zweiten Kondensationsschritt erreichte Temperatur niedriger ist, als die niedrigste in dem ersten Kondensationsschritt erreichte Temperatur. Insbesondere kann in dem zweiten Kondensator ein von dem ersten Kondensator chemisch unterschiedliches Kältemittel bzw. Wärmetauscherfluid eingesetzt werden, welches eine niedrigere Betriebstemperatur aufweist als das Kältemittel des ersten Kondensators.

Besonders bevorzugt weisen der erste und der zweite Kondensator jeweils ein mehrstufiges Kühlelement auf, bei dem mehrere Kühlkörper, insbesondere Wärmetauscher, hintereinander angeordnet sein können, durch die der Hauptstrom hindurchgeleitet werden kann. Vorzugsweise wird die Prozessluft durch das mehrstufige Kühlelement sukzessiv bis zu einer Zieltemperatur heruntergekühlt. Der Abscheider kann vorzugsweise hinter dem mehrstufigen Kühlelement angeordnet sein. Optional kann auch ein Abscheider zwischen zwei jeweiligen Kühlkörpern angeordnet sein. Der Kondensator kann zur Rückgewinnung des ersten bzw. zweiten Kondensats einen Auffangbehälter und eine Kondensatpumpe aufweisen, um das abgeschiedene erste bzw. zweite Kondensat in einen jeweiligen Rückgewinnungsprozess zu befördern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Umleitvorrichtung auf, wobei mindestens ein Teil der Prozessluft hinter dem ersten Abscheider in einer Abzweigung in einen Nebenstrom abgezweigt wird, wobei die Umleitvorrichtung vorzugsweise eine erste Steuereinheit und/oder ein erstes Ventil und/oder ein Gebläse zur Führung mindestens eines Teils der Prozessluft aufweist.

Vorzugsweise wird ein Teil der Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt in einer Abzweigung vom Hauptstrom in einen Nebenstrom abgezweigt. Insbesondere kann die Abzweigung technisch besonders einfach dadurch realisiert werden, dass beispielsweise eine Durchführung bzw. Durchbohrung in einer Wandfläche eines ersten Strömungskanals so angeordnet ist, dass Prozessluft aus dem Hauptstrom in einen zweiten Strömungskanal entweichen kann. Bevorzugt wird aber ein Teil der Prozessluft mittels eines ersten Ventils und eines Gebläses der Umleitvorrichtung von dem Hauptstrom in den Nebenstrom geführt und abgezweigt. Dabei kann eine erste Steuereinheit die Führung der Prozessluft in den Nebenstrom steuern, also den in den Nebenstrom abgezweigten Volumenstrom regeln. Das Abzweigen kann insbesondere als ein Abzapfen des Hauptstroms verstanden werden. Die Umleitvorrichtung, insbesondere das erste Ventil kann in dem ersten Kondensator angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist das erste Ventil hinter dem ersten Abscheider angeordnet, damit Prozessluft in dem ersten Kondensator hinter dem Abscheider in den Nebenstrom abgezweigt werden kann. Insbesondere kann das erste Ventil auch die Zuführung von Prozessluft in den Nebenstrom verringern oder gar komplett einstellen, falls die Abzweigung in einem bestimmten Betriebszustand nicht erwünscht ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste Kühlelement insbesondere einen ersten Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung bei dem ersten Kondensationsschritt, wobei mindestens ein Teil der Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt in dem ersten Kondensator weiterbehandelt wird, wobei der erste Kondensator ein erstes Heizelement zur Erwärmung der Prozessluft aufweist, wobei die Vorrichtung hinter dem ersten Kondensator insbesondere einen ersten Luftheizer aufweist. Vorzugsweise wird ein Teil der Prozessluft nach dem ersten Kondensationsschritt in dem ersten Kondensator weiterbehandelt, also bevorzugt hinter dem ersten Kühlelement und dem ersten Abscheider. Besonders bevorzugt umfasst das erste Kühlelement den ersten Wärmetauscher. Ebenfalls bevorzugt ist das erste Heizelement ein mit dem ersten Wärmetauscher verbundener Wärmetauscher. Bei der Weiterbehandlung in dem ersten Kondensator wird vorzugsweise die in dem ersten Wärmetauscher der Prozessluft entzogene Wärme dazu genutzt, über eine Wärmepumpe bzw. einen Kühlkreislauf die Prozessluft wieder aufzuheizen. Der Kühlkreislauf weist vorzugsweise ein Kältemittel, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, auf, wobei das Kältemittel Wärme von dem Kühlelement zum Heizelement transportiert, um folglich die Prozessluft dort aufzuheizen.

Besonders bevorzugt weist der erste Kondensator mindestens zwei Abkühlungsstufen mit einem jeweiligen Kühlelement auf, wobei das Kühlelement ein jeweiliges Kältemittel aufweist. Vorzugsweise weisen die jeweiligen Abkühlungsstufen einen eigenen Kühlkreislauf mit einem Kältemittel auf, die Kühlleistungen der verschiedenen Abkühlungsstufen lassen sich also individuell einstellen.

Besonders bevorzugt weist jede Abkühlungsstufe, insbesondere bei mehreren Abkühlungsstufen in einem Kondensationsschritt, ein jeweiliges Kältemittel auf, d.h. die erste Abkühlungsstufe weist ein erstes Kältemittel und die zweite Abkühlungsstufe weist ein zweites Kältemittel auf. Optional können die Abkühlungsstufen auch jeweils getrennte Kühlkreisläufe aufweisen. Die bei der Abkühlung aus der Prozessluft entzogene Wärme kann danach der Prozessluft in einem Weiterbehandlungsschritt zugefügt werden. Die Wärmeverschiebung kann also mittels des Kältemittels zwischen dem Kondensationsschritt und dem Weiterbehandlungsschritt stattfinden, also Wärmeenergie aus der Prozessluft von dem Kondensationsschritt zum Weiterbehandlungsschritt übertragen. Das Kältemittel, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, kann also eine hohe Kühlleistung in der Abkühlungsstufe gewährleisten. Insbesondere kann die Kühlleistung in einem Luft-Wasser-Wärmetauscher höher als ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein. Vorzugsweise wird bereits in der ersten Abkühlungsstufe ein Kältemittel zur Abkühlung der Prozessluft verwendet, wobei die in der ersten Abkühlungsstufe aus der Prozessluft entzogene Wärme der Prozessluft in einem Weiterbehandlungsschritt zugefügt wird. Die Wärmeverschiebung kann schlicht mittels eines Umpumpens von Kältemittel realisiert werden. Optional kann die Wärmeverschiebung auch mittels einer Wärmepumpe realisiert werden.

Optional, aber besonders bevorzugt wird die Prozessluft in dem ersten Kondensator hinter der Abzweigung, im Hauptstrom weiterbehandelt. Ein mit extern beheizbarem Strom betriebenes Heizelement kann ebenfalls optional als erstes Heizelement in dem ersten Kondensator angeordnet sein, unabhängig davon, ob Wärme bei dem ersten Kondensationsschritt zurückgewonnen wird. Optional kann der erste Wärmetauscher die zurückgewonnene Wärme zu der Prozessluft außerhalb des ersten Kondensators wieder zurückführen. Insbesondere kann die zurückgewonnene Wärme optional dem Industrieprozess zugeführt werden.

Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung einen ersten Luftheizer auf, der hinter dem ersten Kondensator angeordnet ist, vorzugsweise hinter einem Lufteinlass zur Zuführung von Luft außerhalb des Hauptstroms. Vorzugsweise kann der erste Luftheizer die Trocknungseigenschaft der Prozessluft für den Industrieprozess verbessern, zum Beispiel die Prozessluft weiter aufheizen und die relative Feuchtigkeit der Prozessluft senken. Die bevorzugte Anordnung des ersten Luftheizers hinter dem ersten Kondensationsschritt hat den Vorteil, dass ein signifikanter Anteil von Lösemittel bereits bei dem ersten Kondensationsschritt aus der Prozessluft auskondensiert werden kann, bevor der erste Luftheizer die Prozessluft aufheizt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Teil der Prozessluft vor dem ersten Heizelement in einer Abzweigung in den Nebenstrom zu dem zweiten Kondensator geführt. Insbesondere erfolgt die Abzweigung in dem ersten Kondensator vor einer Wiedererwärmung der Prozessluft durch das erste Heizelement. Vorzugsweise kann die Abzweigung in dem ersten Kondensator zwischen dem ersten Abscheider und dem ersten Heizelement angeordnet sein, ein Teil der Prozessluft wird also in dem ersten Kondensator noch vor dem ersten Heizelement abgezweigt, nachdem er bereits von dem ersten Kühlelement abgekühlt und das erste Kondensat von dem ersten Abscheider abgeschieden wurde. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zweite Kühlelement insbesondere einen zweiten Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung bei dem zweiten Kondensationsschritt, wobei mindestens ein Teil der Prozessluft nach dem zweiten Kondensationsschritt in dem zweiten Kondensator weiterbehandelt wird, welcher ein zweites Heizelement zur Erwärmung der Prozessluft aufweist.

Vorzugsweise wird ein Teil der Prozessluft nach dem zweiten Kondensationsschritt in dem zweiten Kondensator weiterbehandelt, also bevorzugt hinter dem zweiten Kühlelement und dem zweiten Abscheider. Besonders bevorzugt umfasst das zweite Kühlelement den zweiten Wärmetauscher. Ebenfalls bevorzugt ist das zweite Heizelement ein mit dem zweiten Wärmetauscher verbundener Wärmetauscher. Bei der Weiterbehandlung in dem zweiten Kondensator wird besonders bevorzugt die aus der Prozessluft in dem zweiten Wärmetauscher entzogene Wärme mit dem zweiten Heizelement über eine Wärmepumpe die Prozessluft wieder aufgeheizt. Insbesondere kann ein Wärmetauscher der Wärmepumpe innerhalb oder auch außerhalb des zweiten Kondensators angeordnet sein. Das zweite in dem zweiten Kondensator angeordnete Heizelement kann ebenfalls ein mit elektrischem Strom betriebenes Heizelement sein. Optional kann der zweite Wärmetauscher die zurückgewonnene Wärme außerhalb des zweiten Kondensators wieder an die Prozessluft zurückführen. Insbesondere kann die zurückgewonnene Wärme optional dem Industrieprozess zugeführt werden.

Vorzugsweise wird die Prozessluft in dem zweiten Kondensator so konditioniert, dass die Prozessluft auf eine Weiterbehandlung in einer zweiten Weiterbehandlungsvorrichtung abgestimmt ist. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass die Prozessluft auf eine gewisse Temperatur und/oder einen gewissen Druck konditioniert werden muss, damit die in der zweiten Weiterbehandlungsvorrichtung stattfindenden Prozesse, zum Beispiel eine Adsorption, möglichst effektiv ablaufen können.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite

Weiterbehandlungsvorrichtung nach dem zweiten Kondensationsschritt angeordnet, wobei die Prozessluft mit der zweiten Weiterbehandlungsvorrichtung weiterbehandelt wird, welche einen Filter, und/oder einen dritten Kondensator, und/oder einen Konzentrator aufweist.

Besonders bevorzugt weist die zweite Weiterbehandlungsvorrichtung einen Aktivkohlefilter auf, welcher beispielsweise weitere in der Prozessluft noch enthaltene

Lösemittelbestandteile entfernen kann, um bestimmte gesetzliche Emissionsgrenzwerte bei einem Ablassen in die Umwelt einzuhalten.

Insbesondere kann die zweite Weiterbehandlungsvorrichtung aber auch optional einen dritten Kondensator aufweisen, um die Prozessluft mit einem dritten Kondensationsschritt zu behandeln. In diesem Fall kann der dritte Kondensator zum zweiten Kondensator seriell geschaltet werden, die Prozessluft also vorzugsweise stets durch den zweiten Kondensator hindurchgeleitet werden, bevor die Prozessluft in dem dritten Kondensator behandelt wird. Es ist ebenfalls vorstellbar, mehrere dritte Kondensatoren parallel zueinander anzuordnen.

Optional weist die zweite Weiterbehandlungsvorrichtung einen Konzentrator auf, welcher mittels Adsorption Lösemittelbestandteile aus der Prozessluft entfernen kann.

Die zweite Weiterbehandlungsvorrichtung kann bei einer weiteren Ausführungsform eine beliebige Kombination eines Filters, eines Kondensators bzw. eines Konzentrators aufweisen. Es ist zum Beispiel vorstellbar, dass die zweite Weiterbehandlungsvorrichtung zur Entfernung unterschiedlicher Lösemittelbestandteile eingesetzt wird und eine Kombination von einem Filter mit einem Kondensator bzw. mit einem Konzentrator sinnvoll sein kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen ersten Kondensatsammler sowie einen zweiten Kondensatsammler auf, wobei das erste Kondensat bei dem ersten Rückgewinnungsprozess zur Rückführung in den Industrieprozess gesammelt wird, und wobei das zweite Kondensat bei dem zweiten Rückgewinnungsprozess zur Rückführung in den Industrieprozess gesammelt wird.

Der erste bzw. zweite Kondensatsammler kann jeweils ein Zwischenspeicher, ein Reservoir oder ein Behälter sein, welcher in dem jeweiligen Kondensator oder auch außerhalb des jeweiligen Kondensators angeordnet sein kann. Der jeweilige Kondensatsammler unterscheidet sich von einer Leitung nämlich darin, dass der Kondensatsammler einen primären Zweck des Sammelns statt des Transportes aufweist.

Insbesondere kann der jeweilige Kondensatsammler Teil einer Vorrichtung sein, welche das jeweilige Kondensat zur Rückführung in den Industrieprozess wieder aufbereitet. Insbesondere kann mittels einer solchen Vorrichtung destilliert werden, um den jeweiligen Lösemittelbestandteil des Kondensats für den Industrieprozess anzureichern.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Kondensator eine Enteisungsvorrichtung auf. Erfindungsgemäß kann die Prozessluft in dem zweiten Kondensator auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der Eisablagerungen an den Kühlrippen des zweiten Kühlelements oder in dem zweiten Abscheider entstehen können. Eisablagerungen sind unerwünscht, da sie die Wärmeleitfähigkeit der Kühlrippen bzw. die Funktionsfähigkeit des zweiten Abscheiders deutlich beeinträchtigen können. Die Enteisungsvorrichtung kann dafür sorgen, dass der zweite Kondensator nach bestimmten Betriebsintervallen von Eisablagerungen befreit werden kann.

Insbesondere umfasst die Enteisungsvorrichtung vorzugsweise eine Heizung, welche entweder unmittelbar die zu enteisenden Bauteile erwärmen kann oder die Prozessluft dadurch mittelbar so erwärmt wird, dass das abgelagerte Eis von den Bauteilen abgeschmolzen werden kann. Optional kann Enteisungsmittel auf die zu enteisenden Bauteile gebracht werden, sodass die entsprechenden Oberflächen vom Eis befreit werden können. Insbesondere kann die Enteisung in einem Teilbereich des zweiten Kondensators, also lokal bzw. stellenweise, während der laufenden Kondensation stattfinden. Ebenfalls vorstellbar ist eine Enteisungsvorrichtung mit einem vorausschauenden Enteisungsverfahren, in dem relevante Betriebsparameter aufgenommen und überwacht werden, damit das Enteisungsmittel so rechtzeitig auf die zu enteisenden Oberflächen aufgebracht werden kann, dass die Eisablagerungen von vornherein gehemmt werden können, um die Funktion des zweiten Kondensators stets zu gewährleisten. Optional kann die Enteisungsvorrichtung eine Heizung zum Beheizen der zu enteisenden Bauteile und gleichzeitig die Verwendung von Enteisungsmittel aufweisen. Eine solche Kombination der Enteisungsvorrichtung kann die Enteisung vorteilhaft beschleunigen. Der zweite Kondensationsschritt kann - wie vorstehend beschrieben - mindestens zwei parallele Teilströme mit entsprechend parallel angeordneten Kondensatoren umfassen. Bei einer Enteisung in einem Kondensator kann also die Zuführung von Prozessluft zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig in einen anderen Kondensator umgeleitet werden, sodass der zweite Kondensationsschritt kontinuierlich stattfindet und nicht unterbrochen werden muss.

Insbesondere kann die Enteisungsvorrichtung über einen Signalgeber verfügen, sodass die Zuführung von mindestens einem Teil der Prozessluft zum zweiten Kondensator zeitweise unterbrochen werden kann. Vorzugsweise kann die Enteisungsvorrichtung mit einer Steuereinheit, zum Beispiel der ersten Steuereinheit, kommunizieren, sodass ein Ventil zur Führung von Prozessluft, zum Beispiel das erste Ventil, entsprechend angesteuert werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Industrieprozess das Beschichten eines leitfähigen Trägermaterials, insbesondere eines leitfähigen Folienmaterials, mit einem lösemittelenthaltenen Stoffgemisch als Beschichtung und Trocknen nach erfolgtem Auftrag der Beschichtung auf dem Trägermaterial, wobei lösemittelhaltige Prozessluft entsteht, welche der Vorrichtung zugeführt wird.

Ausführungsbeispiele

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird. Darüber hinaus wird klargestellt, dass sich die erfindungsgemäßen Problemlösungsvorschläge auf verschiedene unterschiedliche Industrieprozesse anwenden lassen.

Figurenliste

In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess zur Trocknung einer Elektrodenbeschichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess zur Trocknung einer Elektrodenbeschichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess;

Fig. 5 eine Abwandlung von Fig. 2 mit einer alternativen Anordnung zur Behandlung von Prozessluft aus dem Nebenstrom;

Fig. 6 eine Abwandlung von Fig. 2 mit einer weiteren alternativen Anordnung zur Behandlung von Prozessluft aus dem Nebenstrom; sowie

Fig. 7 einen schematischen Querschnitt von einem Teilbereich des Wärmetauschers als optionale Ausführung im zweiten Kondensator aus Fig. 2.

Fig. 8 eine weitere Abwandlung von Fig. 2 mit einer Hilfsleitung;

Fig. 9 eine alternative Ausführung nach Fig. 8 mit einem Luft-Luft-Wärmetauscher.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Bei der Herstellung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien und dergleichen kann eine nasse Beschichtung in Form einer Aufschlämmung oder Paste auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß in einem Industrieprozess, welcher in einer Industrieanlage 1, la in industriellem Maßstab durchgeführt wird. Dabei kommt als Trägermaterial vorzugsweise ein elektrisch leitfähiges, flächiges Substrat, insbesondere eine leitfähige bzw. metallische Folie zum Einsatz. Die nasse Beschichtung weist vorzugsweise Bestandteile aus feinen Pulvern auf, die mit einem Bindemittel vermischt sind. Typischerweise kommt als Bindemittel ein Polymer in Betracht, das wasserlöslich sein kann. In einigen Fällen wird das Bindemittel in einem organischen Lösemittel gelöst, wie NMP, TEP, EAA, Aceton, verschiedenen Alkoholen oder ähnlichen industriellen Lösemitteln, sowie gegebenenfalls auch Gemischen davon. Solche Lösemittel sind dazu geeignet, das organische Bindemittel zu lösen, um ein Schicht-bildendes Fluid, insbesondere eine Paste oder Flüssigkeit, zu erhalten. Derartige Fluide können auf mindestens eine Seite des Trägermaterials aufgebracht werden, um eine Beschichtung zu bilden. In diesen Fällen wird eine nasse Beschichtung kontinuierlich oder diskontinuierlich auf ein sich bewegendes Trägermaterial aufgetragen und in einem Ofen oder Trockner getrocknet. Im Zuge der Trocknung wird üblicherweise Lösemittel entfernt, wodurch die aufgetragene Beschichtung verfestigt wird. In typischen Fällen, in denen beide Seiten der Folie beschichtet werden sollen, wird eine erste Beschichtung kontinuierlich auf ein sich bewegendes Trägermaterial aufgetragen und in einem Ofen oder Trockner getrocknet, gefolgt von der Aufbringung einer zweiten nassen Beschichtung, die anschließend in einem zweiten Trocknungsschritt getrocknet wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung von Batterieelektroden wird die Nassaufschlämmung beidseitig auf das Trägermaterial aufgetragen und anschließend in einem Ofen oder Trockner getrocknet. Diese Anordnung wird als gleichzeitiges doppelseitiges Beschichten und Trocknen bezeichnet. Im Fall der Herstellung von Lithiumionenelektroden ist diese Anordnung besonders vorteilhaft hinsichtlich der Erhöhung der Produktivität, da sie nur einen Trocknungsschritt nach dem Aufträgen der nassen Beschichtungsaufschlämmung auf beide Seiten benötigt.

Die flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), welche insbesondere durch den Trocknungsprozess im Trockner bzw. Ofen im Wesentlichen dampfförmig in eine Ofenatmosphäre und damit in eine Prozessluft übertreten, werden zur Rückgewinnung von Lösemittel (zum Beispiel NMP, TEP, EAA, DMAc) vorliegend erfindungsgemäß zusammen mit Wasser und anderen potenziellen Verunreinigungen in Kondensatoren kondensiert. Anschließend durchströmt die Prozessluft Vorrichtungen zur Abscheidung von feinen Tröpfchen (Demister, Tröpfchenabscheider). Bei den meisten Trocknungsprozessen wird

TI mindestens ein Teil der aus dem Kondensationsschritt austretenden Luft in die Atmosphäre entlassen, während der Rest der Luft zum Trockner zurückgeführt werden kann. Bei vielen Lösemitteln liegt die aus dem Kondensatorbetrieb austretende Konzentration weit über den akzeptierten Grenzwerten für die Abgabe in die Atmosphäre. Außerdem kann die Rückgewinnung solcher Lösemittel kosteneffektiv und wünschenswert sein. Daher sind in der Regel zusätzliche nachgeschaltete Abreinigungseinrichtungen zur Emissionsbegrenzung erforderlich, um die VOC-Konzentration auf zulässige Werte zu senken. VOC- Abreinigungsverfahren umfassen thermische (katalytische und reine thermische) Oxidationsverfahren, Kohlenstoffadsorption und Adsorption mit Hilfe verschiedener Adsorptionsmedien wie Zeolith, Aktivkohle usw..

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Prozessluft aus einem Industrieprozess zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. In dem Verfahren gemäß Fig. 1 findet ein Elektrodenbeschichtungsprozess la statt, wobei vorzugsweise ein Lösemittel aus einer Kombination von TEP und EAA verwendet wird. Die Prozessluft wird dafür verwendet, um die nasse TEP/EAA-Löse mittel enthaltene Elektrodenbeschichtung zu trocknen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Prozessluft in einem Hauptstrom 5 zu einem ersten Kondensationsschritt 41 geführt, wobei die Prozessluft gefiltert wird. Ein Filtrationsschritt 4a dient somit der Trennung der Prozessluft von groben Partikeln, die bei dem Elektrodenbeschichtungsprozess la entstanden sind. In dem ersten Kondensationsschritt 41 wird die Prozessluft von 120 °C beim Eintritt in den ersten Kondensationsschritt 41 sukzessiv bis auf 15 °C herunter gekühlt. Damit wird ein erstes Kondensat 16 aus der Prozessluft abgeschieden und einem ersten Rückgewinnungsprozess 42 zugeführt. Bei dem ersten Kondensationsschritt kann die Prozessluft so gereinigt werden, dass die Konzentration an TEP/EAA Lösemittel in der Prozessluft von typischerweise ca. 4000 ppm beim Eintritt in den ersten Kondensationsschritt auf beispielsweise ca. 300 ppm beim Austritt reduziert werden kann (d.h. um einen Faktor größer 10 vermindert). Bei dem Rückgewinnungsprozess 42 wird das erste Kondensat 16 gesammelt und außerdem vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Destinations- und Kondensat- Wiederaufbereitungsprozess behandelt. Dabei wird das erste Kondensat 16, welches beispielsweise TEP/EAA-Lösemittel enthält, zu einem ersten angereicherten Kondensat 16a angereichert, bei Bedarf in die unterschiedlichen Lösemittelbestandteile (TEP und EAA) getrennt und nachfolgend dem Elektrodenbeschichtungsprozess la wieder zugeführt.

Nachdem die Prozessluft im Hauptstrom mit dem ersten Kondensationsschritt 41 behandelt wurde, wird aus dem Hauptstrom über eine Abzweigung 44 ein Nebenstrom 31 abgezweigt, der dann zu einem zweiten Kondensationsschritt 51 geführt wird. Der in den Nebenstrom 31 abgezweigte Volumenstrom entspricht typischerweise ca. 10% des vorhandenen Volumenstroms, der in dem Hauptstrom 5 nach der Abzweigung 44 verbleibt und zu einem ersten Weiterbehandlungsschritt 45 geführt wird.

In dem Hauptstrom 5 wird die Prozessluft nach der Abzweigung 44 in dem ersten Weiterbehandlungsschritt 45 für den Elektrodenbeschichtungsprozess la konditioniert, indem die Prozessluft zuerst erhitzt, anschließend gegebenenfalls mit Luft aus der Umgebung ergänzt und anschließend - zumindest optional - beheizt wird. Nach dem ersten Weiterbehandlungsschritt 45 wird die Prozessluft in dem Hauptstrom 5 wieder dem Elektrodenbeschichtungsprozess la zugeführt. Der Hauptstrom 5 wird dabei auch Rezirkulationsstrom oder „Make Up Air" genannt.

Nach der Abzweigung 44 wird die in den Nebenstrom 31 abgezweigte Prozessluft zum zweiten Kondensationsschritt 51 geführt. Die abgezweigte Prozessluft weist vorzugsweise eine Temperatur von 15 °C beim Eintritt in den zweiten Kondensationsschritt 41. Darin wird die Prozessluft sukzessiv bis auf beispielsweise -20 °C herunter gekühlt, wobei ein zweites Kondensat 17 aus der Prozessluft abgeschieden und einem zweiten Rückgewinnungsprozess 52 zugeführt. In dem zweiten Kondensationsschritt kann die Prozessluft so gereinigt werden, dass die Konzentration an TEP/EAA Lösemittel in der Prozessluft von typischerweise ca. 300 ppm beim Eintritt in den zweiten Kondensationsschritt auf typischerweise ca. 50 ppm beim Austritt reduziert werden kann.

Eine Eisablagerung kann insbesondere aufgrund der niedrigen Temperatur der Prozessluft in dem zweiten Kondensationsschritt 51 auftreten. Um einer Eisablagerung entgegenzuwirken, kann nach einem bestimmten Betriebsintervall im Rahmen des zweiten Kondensationsschrittes eine Enteisung stattfinden. Während der Enteisung wird die Zuführung von Prozessluft im Nebenstrom 31 zum zweiten Kondensationsschritt 54 zeitweise unterbrochen. Bei dem Rückgewinnungsprozess 52 wird das zweite Kondensat 17 gesammelt und außerdem mit einem nicht dargestellten Destinations- und Kondensatwiederaufbereitungsprozess behandelt. Dabei wird das zweite Kondensat 17 zu einem zweiten angereicherten Kondensat 17a aufbereitet, welches insbesondere TEP/EAA- Lösemittel enthält, in die jeweiligen Lösemittelbestandteile (TEP und EAA) getrennt und dem Elektrodenbeschichtungsprozess la wieder zugeführt.

Die in dem Nebenstrom 31 befindliche Prozessluft wird nach dem zweiten Kondensationsschritt 51 mit einem zweiten Weiterbehandlungsschritt 54 behandelt. Die Prozessluft wird zunächst auf 15 °C temperiert, anschließend gefiltert und schließlich über einen Auslassschritt 55 in eine Umgebung entlassen. Das Filtern in dem zweiten Weiterbehandlungsschritt 54 stellt nämlich sicher, dass die Lösemittelbestandteile in der Prozessluft so entfernt werden, damit die gesetzlichen Emissionsgrenzen eingehalten werden können.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zum Ausführen des Verfahrens nach Fig. 1 bestimmt ist.

Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet eine beispielhafte Elektrodenbeschichtungsanlage, in der Elektroden zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien beschichtet werden, wobei das obengenannte Lösemittel aus einer Mischung von TEP und EAA eingesetzt wird. Die Prozessluft aus dem Elektrodenbeschichtungsprozess la wird von einem Gebläse 61 in den Hauptstrom 5 zu einem ersten Kondensator 2 befördert und vorzugsweise durch einen Filter 4 vor dem Eintritt in den ersten Kondensator 2 geleitet. Die Temperatur der Prozessluft beträgt typischerweise ca. 120 °C beim Eintritt in den ersten Kondensator 2 und wird in einem ersten Kühlelement 6 sukzessiv auf 15 °C heruntergekühlt. Das erste Kühlelement 6 weist einen optional dreistufen Wärmetauscher 6a auf, in dem aus der Prozessluft Wärme entzogen wird. In der ersten Stufe des Wärmetauschers 6a wird die Prozessluft von 120 °C beim Eintritt auf typischerweise ca. 60 °C, in der zweiten Stufe auf typischerweise ca. 40 °C und schließlich in der dritten Stufe auf typischerweise ca. 15 °C heruntergekühlt. Die in der ersten Stufe entzogene Wärme wird über eine Wärmepumpe 15 an ein erstes Heizelement 18 übertragen, welches als Wärmetauscher ausgebildet ist. Das erste Heizelement 18 dient dazu, der Prozessluft im Hauptstrom 5 die im Wärmetauscher 6a entnommene Wärme schließlich wieder zurückzuführen. Die in der zweiten und dritten Stufe entzogene Wärme wird weiterhin optional über separate Wärmepumpen einem weiteren nicht dargestellten Prozess zugeführt, beispielsweise kann eine Einkoppelung der Wärme in den Elektrodenbeschichtungsprozess la vorgenommen werden.

Der Wärmetauscher 6a weist für jede Stufe jeweils einen Kühlkörper mit vertikal verlaufenden Kühlrippen auf, durch den die Prozessluft geleitet wird. Durch die Abkühlung entsteht das erste Kondensat 16 an der Oberfläche der Kühlrippen, welches dann durch die Schwerkraft in einen unterhalb des ersten Kühlelements 6 angeordneten Auffangbehälter abgeleitet wird. Infolge der Abkühlung in dem ersten Kühlelement 6 tritt bisweilen eine Aerosolbildung auf, wodurch Aerosole entstehen, die mit dem Hauptstrom durch den ersten Kondensator mittransportiert werden. Hinter dem ersten Kühlelement 6 ist daher vorzugsweise ein erster Abscheider 7 angeordnet, welcher als „Demister" bzw.

Prallabscheider aus einem Drahtgeflecht zur Abscheidung von feinen Tröpfchen ausgebildet ist. Die Prozessluft durchströmt den ersten Abscheider 7, wodurch nochmals erstes Kondensat 16 anfällt und durch die Schwerkraft in den unterhalb des ersten Kühlelements 6 angeordneten Auffangbehälter abgeleitet wird.

Das abgeschiedene erste Kondensat 16 beinhaltet ein erstes Lösemittel 16a auf, welches eine Mischung aus TEP und EAA zusammen mit verschiedenen Beiprodukten mit ähnlichen Kondensationseigenschaften aufweisen kann. Das erste Kondensat 16 wird aus dem Auffangbehälter in einen ersten Kondensatsammler 13 außerhalb des ersten Kondensators 2 abgepumpt und in einer Kondensatwiederaufbereitungsanlage 14a zur Rückführung in den Elektrodenbeschichtungsprozess la destilliert, wobei in der Kondensatwiederaufbereitungsanlage 14a das erste Kondensat 16 in seine jeweiligen Lösemittelbestandteile (TEP und EAA) getrennt und angereichert wird.

Hinter dem ersten Abscheider 7 wird ein Teil der Prozessluft aus dem Hauptstrom 5 durch ein erstes Ventil 9 einer Umleitvorrichtung abgezweigt und in den Nebenstrom 31 zu einem zweiten Kondensator 3 umgeleitet. Ein zweites Kühlelement 32 stellt eine wesentliche Komponente des zweiten Kondensators 3 dar und weist einen zweistufigen Wärmetauscher 32a auf, in dem aus der Prozessluft Wärme entzogen wird. In der ersten Stufe wird die Prozessluft von 15 °C auf -5 °C und in der zweiten Stufe auf -20 °C heruntergekühlt. Die in der ersten Stufe entzogene Wärme wird über eine Wärmepumpe 34 an ein zweites Heizelement 19 übertragen, welches als Wärmetauscher ausgebildet ist. Der Prozessluft im Nebenstrom 31 wird über das zweite Heizelement 19 die zuvor entnommene Wärme zumindest anteilig wieder zugefügt. Die in der zweiten Stufe entzogene Wärme wird bei Bedarf über eine separate Wärmepumpe einem weiteren nicht dargestellten Prozess zugefügt. Sowohl die Abscheidung eines zweiten Kondensats 17 als auch die Ausgestaltung eines zweiten Wärmetauschers 32a und eines zweiten Abscheiders 33 (Demister) erfolgen vorzugsweise analog wie bei dem ersten Kondensator 2. Das zweite Kondensat weist ein zweites Lösemittel 17a auf, wobei das zweite Lösemittel 17a vorzugsweise die gleiche Zusammensetzung (TEP und EAA) wie das erste Lösemittel 16a aufweisen kann. Das zweite Kondensat 17 wird ebenfalls wie das erste Kondensat 16 aus dem Auffangbehälter in den zweiten Kondensatsammler 37 außerhalb des zweiten Kondensators 3 abgepumpt und in einer Kondensatwiederaufbereitungsanlage 14b zur Rückführung in den Elektrodenbeschichtungsprozess la destilliert, in welcher Kondensatwiederaufbereitungsanlage 14b das zweite Kondensat 17 in ihre jeweiligen Lösemittelbestandteile (TEP und EAA) getrennt und angereichert wird.

Der zweite Kondensator 3 weist vorzugsweise zusätzlich eine Enteisungsvorrichtung 38 auf, welche über eine nicht dargestellte, mit elektrischem Strom betriebene Heizung in dem zweiten Kühlelement verfügt. Die Enteisungsvorrichtung 38 kann außerdem das abgeschiedene Kondensat 17, welches das Lösemittel 17a aus einer TEP/EAA-Mischung aufweist, aufwärmen und als Enteisungsmittel in dem zweiten Kühlelement 32 einsetzen. Die Enteisungsvorrichtung 38 kann alternativ eine Wärme-Einkopplung in einen Wärmetauscher des zweiten Kondensators aufweisen, welche gewisse Wärmeübertragungsflächen des zweiten Kühlelements 32 aufheizt, um die Wärmeübertragungsflächen von Eis zu befreien. Bevor der zweite Kondensator durch die Enteisungsvorrichtung 38 enteist wird, wird zur Unterbrechung der Zuführung von Prozessluft ein Signal an die erste Steuereinheit 10 zur Steuerung des ersten Ventils 9 gesendet, wodurch das erste Ventil 9 geschlossen wird.

Hinter dem zweiten Abscheider 33 wird die Prozessluft des Nebenstroms 31 von dem zweiten Heizelement 19 mit der rückgewonnenen Wärme aus dem zweiten Wärmetauscher 32a auf 10 °C aufgeheizt. Ein zweiter Luftheizer 35 ist hinter dem zweiten Kondensator 3 angeordnet, über den die Prozessluft anschließend weiter auf 15 °C aufgeheizt wird, bevor die Prozessluft in eine zweite Weiterbehandlungsvorrichtung 39 geführt wird. In der zweiten Weiterbehandlungsvorrichtung 39 wird die Prozessluft durch einen Aktivkohlefilter 36 gefiltert, bevor sie schließlich durch einen Luftauslass 21 in die Umgebung 11 entlassen wird.

Hinter dem Abscheider 7 wird die Prozessluft im Hauptstrom 5 durch das erste Heizelement 18 von 15 °C auf 60 °C wieder aufgeheizt, bevor die Prozessluft den ersten Kondensator 2 verlässt und zur weiteren Konditionierung zu einem ersten Luftheizer 12 geführt wird.

Ein zweites und drittes Ventil 23a, 23b werden von einer zweiten Steuereinheit 22 gesteuert, welche mit der ersten Steuereinheit 10 kommunizieren kann. Das zweite Ventil 23a ist dafür vorgesehen, die Luftmenge aus der Umgebung 11 durch einen Lufteinlass 20 zu regeln und dabei, die Luftmenge im Hauptstrom 5 einzustellen. Im Normalbetrieb kann der Lufteinlass 20 gesperrt bleiben und Lufteinlässe können als sogenannte „Web-Slots" in der Elektrodenbeschichtungsanlage 1 angeordnet werden, sodass die durch die Web-Slots dem Elektrodenbeschichtungsprozess la zugeführte Luftmenge der in den Nebenstrom 31 abgezweigten Luftmenge entspricht.

Die aus der Umgebung 11 zugeführte Luft und die Prozessluft aus dem Kondensator 2 werden in dem Hauptstrom 5 durch den ersten Luftheizer 12 geleitet, in dem die Luft für den Elektrodenbeschichtungsprozess la aufgeheizt und schließlich wieder in die Elektrodenbeschichtungsanlage 1 geführt wird.

Fig. 3 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei gleicht die alternative Ausführungsform weitgehend der Ausführungsform gemäß Fig. 2, weshalb zur Erläuterung auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 2, ist hier eine Rückführleitung 31 vorgesehen, über die die Prozessluft in einem Nebenstrom 31 hinter dem zweiten Kondensator 3 zu dem Hauptstrom 5 durch den Lufteinlass 20 wieder zurückgeführt wird. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird die Prozessluft also nicht als Abluft in die Umwelt entlassen, sondern wird wieder in einem Industrieprozess verwendet.

Fig. 4 zeigt schematische eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei gleicht die alternative Ausführungsform weitgehend der Ausführungsform gemäß Fig. 2, weshalb zur Erläuterung auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 2, umfasst die zweite Weiterbehandlungsvorrichtung neben einem Aktivkohlefilter 36 zusätzlich einen Konzentrator 43 mit Zeolith als Adsorptionsmittel. Die Prozessluft in dem Nebenstrom 31 wird hinter dem zweiten Kondensator 3 auf typischerweise ca. 25 °C temperiert und durch den Konzentrator 43 geleitet. In dem Konzentrator 43 wird das zweite Lösemittel 17a, welches NMP aufweist, zusätzlich adsorptiv entfernt. Dabei wird die Prozessluft so gereinigt, dass die Konzentration an Lösemittel in der Prozessluft von typischerweise ca. 50 ppm beim Eintritt in den Konzentrator 43 auf ca. 10 ppm beim Austritt reduziert werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 mit einer alternativen Anordnung zur Behandlung von Prozessluft aus dem Nebenstrom 31. Der Übersichtlichkeit halber sind zur Ausführung nach Fig. 2 identische Elemente ausgeblendet. Der Nebenstrom 31 ist in zwei Teilströme 31a und 31b aufteilbar, welche jeweils zu dem zweiten Kondensator 3 bzw. zu einem Parallelkondensator 3a geführt werden. Der Parallelkondensator 3a ist bevorzugt mit dem zweiten Kondensator 3 baugleich und ist dazu parallel angeordnet. Mit einem vierten und einem fünften Ventil 23c, 23d lassen sich die jeweiligen Teilströme durch den zweiten Kondensator 3 und den Parallelkondensator, 3a einstellen. In einer ergänzenden bzw. alternativen Ausführung lässt sich der Nebenstrom 31 mittels einer nichtdargestellten Wechselklappe in die zwei Teilströme 31a und 31b aufteilen. Das fünfte Ventil 23d bleibt in der Regel geschlossen und wird bei einer Enteisung des zweiten Kondensators 3 geöffnet. Die Enteisung des zweiten Kondensators 3 erfolgt analog wie vorstehend zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 beschrieben mit einem elektrischen Heizelement, welches in dem Kühlelement 32 bzw. Wärmetauscher 32a angeordnet ist. Als Ergänzung oder Alternative dazu kann Wärme in den Wärmetauscher 32a zur Enteisung eingekoppelt werden, siehe die vorstehende Beschreibung zu Fig. 2. Vorzugsweise kann das Kühlen durch das Kühlelement 32 während der Enteisung zeitweise unterbrochen werden, um einen natürlichen Wärmeeintrag von außen zu begünstigen.

Der Parallelkondensator 3a bietet gleichzeitig eine gewisse betriebliche Redundanz und kann auch beispielsweise bei einer Wartung des zweiten Kondensators 3 eingesetzt werden. Eine Enteisung des Parallelkondensators 3a erfolgt (zumindest optional) analog bzw. identisch zur Enteisung des zweiten Kondensators 3, jedoch bevorzugt zeitversetzt zur Enteisung des zweiten Kondensators 3.

Fig. 6 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 mit einer alternativen Anordnung zur Behandlung von Prozessluft aus dem Nebenstrom 31. Bei einer Enteisung des zweiten Kondensators 3 kann das vierte Ventil 23c geschlossen werden, wobei die Zuführung von Prozessluft zum zweiten Kondensator 3 unterbrochen wird. Zeitgleich wird das sechste Ventil 23e geöffnet, damit die Prozessluft über eine Bypassleitung 40 um den zweiten Kondensator 3 herumgeleitet werden kann. Optional wird Prozessluft über die Bypassleitung 40 an einen Gasspeicher (nicht dargestellt) übergeführt und dort zeitweise gespeichert. Zu einem späteren Zeitpunkt wird die Bypassleitung 40 wieder geschlossen, und die Prozessluft wird wieder über den zweiten Kondensator 3 geführt (ggf. einschließlich der zwischenzeitlich gespeicherten Prozessluftmenge). Somit kann gewährleistet werden, dass ein gewisser Strömungsfluss des Nebenstroms trotz einer zeitweisen Unterbrechung der Zuführung in den zweiten Kondensator 3 aufrechterhalten bleibt.

Fig. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Teilbereichs des Wärmetauschers 32a als optionale Ausführung im zweiten Kondensator aus Fig. 2. Der Wärmetauscher 32a weist mehrere Kühllamellen in Lamellenpaketen 72a, 72b, 72c auf, die sich getrennt angeordnet in einem Gehäuse 71 befinden. Die Enteisungsvorrichtung 38 weist ein elektrisches Heizelement 74 auf, welches der jeweiligen Oberfläche der Kühllamellen zugeordnet ist. Im normalen Kühlbetrieb bleibt das elektrische Heizelement 74 ausgeschaltet, während das jeweilige Lamellenpaket 72a, 72b, 72c von in Kühlmittelleitungen 73 geführtem Kühlmittel durchströmt wird. Dabei wird Wärme von der an den Kühllamellen vorbeiströmenden Prozessluft auf das Kühlmittel übertragen. An den Oberflächen der Kühllamellen lagert das zweite Kondensat 17 infolge Kondensierens ab und wird anschließend durch die Schwerkraft in einen Auffangbehälter 75 geführt. Beispielsweise kann das Durchströmen von Kühlmittel durch das Lamellenpaket 72a, also das Kühlen des Lamellenpakets 72a zeitweise unterbrochen werden. In diesem Fall kann das elektrische Heizelement 74 zum Abtauen von Eis eingeschaltet werden, während die Lamellenpakete 72b, 72c zur Kühlung der Prozessluft weiter betrieben werden. Somit lässt sich die Enteisung lokal, also lediglich in dem Lamellenpaket 72a des Wärmetauschers 32a durchführen, wobei die Prozessluft an anderen Stellen entlang der Lamellenpakete 72b, 72c weiterhin auskondensieren kann.

Fig. 8 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 mit einer Hilfsleitung 46, wobei die Hilfsleitung 46 stromab der vor dem ersten Heizelement 18 (alternativ 18a) angeordneten Abzweigung angeordnet ist. Nachdem die Prozessluft mittels des Heizelements 18a aufgeheizt ist, wird ein Teil der aufgeheizten Prozessluft in den Nebenstrom 31 abgezweigt und der Prozessluft im Nebenstrom 31 zugeführt. Die Menge der über die Hilfsleitung 46 abgezweigten Prozessluft wird über das Hilfsleitung-Ventil 9a eingestellt. Durch die Zuführung von aufgeheizter Prozessluft kann insbesondere die relative Feuchte der Prozessluft im Nebenstrom 31 gesenkt werden und die Handhabung erleichtern. Beispielsweise kann eine unerwünschte Kondensation in der Nebenstrom-Leitung dadurch verhindert werden.

Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 mit einem Luft- Luft-Wärmetauscher, hier als Kreuzstromwärmetauscher 24 abgebildet. Der Kreuzstromwärmetauscher 24 wird dem Hauptstrom 5 zugeordnet, wobei die aus der Elektrodenbeschichtungsanlage abgeführte Prozessluft vor Eintritt in den ersten Kondensator 2 zum Kreuzstromwärmetauscher 24 geführt wird. Somit kann Wärmeenergie aus der Prozessluft entzogen werden und eine gewisse Vorkühlung bewirken, bevor die Prozessluft zum ersten Kondensator 2 geführt wird. Andererseits wird stromab des ersten Kondensators 2 Prozessluft zum Kreuzstromwärmetauscher 24 geführt, wobei die vorstehend beschriebene entzogene Wärmeenergie der Prozessluft nun wieder zugeführt wird, bevor die Prozessluft zur Elektrodenbeschichtungsanlage 1 geführt wird. Mittels des Kreuzstromwärmetauschers 24 kann die Energieeffizienz der Vorrichtung 60 weiter verbessert werden, indem der Prozessluft beispielsweise nun weniger Wärmeenergie mittels des ersten Luftheizers 12 zugeführt werden muss, um auf ein ähnliches Temperaturniveau zu kommen. Gleichwohl kann die Vorkühlung mittels des Kreuzstromwärmetauschers 24 dazu bewirken, dass weniger Kühlleistung im ersten Kondensator 2 bereitgestellt werden muss, um die Prozessluft auf ein erforderliches Temperaturniveau abzukühlen.