aus einer Flüssigkeitsmischung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen flüchtiger Substanzen aus einer Flüssigkeitsmischung .

Das Entfernen flüchtiger Substanzen aus einer Flüssigkeitsmischung kann z. B. ein Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Entfernung flüchtiger Substanzen aus Abluft sein, etwa Abluft aus einem Lackierbetrieb. In einem solchen Verfahren können zunächst in einem ersten Schritt die flüchtigen Substanzen mittels eines flüssigen Absorbens aus der Abluft entfernt werden. In einem zweiten Schritt können die entfernten Substanzen dann aus dem Absorbens zurückgewonnen werden.

Der erste Schritt kann z. B. durch ein Luftreinigungsgerät gemäß WO 2004/008034 ausgeführt werden. Ein solches Luftreinigungsgerät kann flüchtige Substanzen aus Luft durch eine Nassfiltervorrichtung entfernen, in der die Luft im Kreuzstrom an einer Vielzahl von Filterelementen vorbeigeführt wird, die gewirkte Kunststoffschläuche enthalten, die mit einem Film einer Absorbensflüssigkeit benetzt sind, die an den Schlauchoberflächen herabrinnt. Die flüchtigen Substanzen lösen sich im Absorbens und werden so aus der Luft entfernt. Um die Reinigungsfunktion des Gerätes zu erhalten, muss das Absorbens ausgetauscht werden, wenn es einen bestimmten Gehalt an flüchtigen Substanzen erreicht hat.

Der notwendige Austausch des Absorbens lässt sich vermeiden, indem die flüchtigen Substanzen in dem zweiten Schritt wieder aus dem Absorbens entfernt werden, so dass außerdem eine Rückgewinnung der flüchtigen Substanzen möglich wird.

Das Entfernen flüchtiger Substanzen aus einer Flüssigkeit (etwa dem Absorbens) kann konventionell z. B. durch Destillation durchgeführt werden. Dazu wird eine Flüssigkeitsmischung, die neben einer schwerflüchtigen Flüssigkeit mindestens eine flüchtige Substanz enthält, erhitzt, so dass überwiegend die flüchtige Substanz verdampft, während die schwerflüchtige Flüssigkeit zurückbleibt. Die verdampfte flüchtige Substanz kann aus der Dampfphase durch Kühlung als Flüssigkeit zurückgewonnen werden. Nachteile einer solchen Destillation sind der notwendige Zeit- und Energieaufwand .

Um diese Nachteile zu vermeiden, werden eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 5 vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Desorbereinheit, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, weist eine Flüssigkeitszufuhr und einen Flüssigkeitsablauf für eine Flüssigkeit, etwa ein Absorbens, sowie eine Gaszufuhr und einen Gasaus- lass auf. Das Absorbens wird über die Träger geleitet, so dass ein Absorbensfilm (der aus mehreren Einzelfilmen bestehen kann) einen Stoffaustausch mit dem vorbeigeführten Gas ausführen kann, bei dem durch geeignete Prozessbedingungen eine Desorption der im Absorbens gelösten flüchtigen Substanz(en) stattfindet, also eine Entfernung der flüchtigen Substanz aus dem Absorbens, wobei die flüchtige Substanz(en) in das Gas übergeht und mit ihr entfernt wird . Dabei können das Absorbens und/oder das Gas erwärmt werden, so dass der Stoffaustausch bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden kann, um eine verbesserte Entfernung der flüchtigen Substanz(en) zu erreichen. Alternativ oder zusätzlich kann eine verbesserte Entfernung unter verringertem Druck erreicht werden. Bei Bedarf kann das Absorbens mehreren aufeinanderfolgenden Desorptionsschritten unterworfen werden, entweder durch die Verwendung mehrerer hintereinandergeschalteter Desor- bereinheiten und/oder durch mehrfaches Hindurchleiten (Zirkulation) des Absorbens durch dieselbe Desorbereinheit.

Das aus der Desorbereinheit austretende Gas wird zu einer Kondensationsvorrichtung geleitet. Dort wird die in dem Gas enthaltene flüchtige Substanz(en) durch zumindest teilweise Kondensation aus dem Gas zumindest teilweise entfernt, so dass Gas mit einer verringerten Konzentration der flüchtigen Substanz erhalten wird . Dieses Gas kann anschließend wieder in die Desorbereinheit geleitet werden, so dass ein geschlossener Luftkreislauf realisiert werden kann, ohne dass weitere Abluft erzeugt wird . Das Gas wird durch ein Gebläse im Kreislauf bewegt. Da die Temperaturdifferenz zwischen der Desorptionstemperatur und der Kondensationstemperatur niedriger als bei einer entsprechenden Destillation gehalten werden kann, ist ein reduzierter Energieverbrauch erreichbar.

Das aus der Desorbereinheit austretende Absorbens, aus dem die flüchtige Substanzen) entfernt wurden, kann z. B. wieder einem Luftreinigungsgerät gemäß WO 2004/008034 zugeführt werden, so dass ebenfalls ein geschlossener Absor- benskreislauf realisiert werden kann. Dabei können alle Vorgänge kontinuierlich durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß kann daher eine solche Kombination von Luftreinigungsgerät, Desorbereinheit und Kondensationsvorrichtung verwendet werden, um Abgas oder Abluft von flüchtigen Substanzen zu reinigen, wobei durch die geschlossenen Absorbens- und Gaskreisläufe (bezogen auf das Gas, das für die Desorbereinheit benötigt wird) die flüchtigen Substanzen wiedergewonnen werden können, ohne Abfälle zu produzieren.

Fig. 1 zeigt eine Funktionsskizze eines beispielhaften erfindungsgemäßen Desorpti- onsteils einer Lösemittelabscheidungs- und Rückgewinnungsanlage und

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer beispielhaften Trägeranordnung mit

Halterungen.

Nachfolgend wird die Erfindung genauer beschrieben.

Der Begriff„Entfernen" im Sinne der Erfindung bedeutet nicht notwendigerweise eine vollständige Entfernung der flüchtigen Substanz(en) aus dem Absorbens, sondern umfasst auch eine Verringerung des Gehalts der flüchtigen Substanz. Der Grad der Entfernung hängt von vielen Parametern ab und beträgt pro Desorbereinheit bevorzugt mindestens 50 %, stärker bevorzugt mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %. Zur Steigerung des Gesamtgrades der Entfernung der flüchtigen Substanz(en) kann das Absorbens nacheinander durch mehrere Desorbe- reinheiten und/oder mehrfach hintereinander zirkulierend durch dieselbe Desorbereinheit geleitet werden. Prozentangaben beziehen sich, soweit nicht anders definiert, auf Masse.

Ein Verfahren zum Entfernen mindestens einer flüchtigen Substanz aus einer Flüssigkeitsmischung, die neben der mindestens einen flüchtigen Substanz eine Flüssigkeit enthält, umfasst folgende Schritte:

a) Vorbeiführen von Gas an mit der Flüssigkeitsmischung benetzten Trägern, so dass mindestens ein Teil der mindestens einen flüchtigen Substanz aus der Flüssigkeitsmischung in das Gas übergeht,

b) Kondensation der mindestens einen flüssigen Substanz aus dem aus dem Schritt a) erhaltenen Gas durch Veränderung von Druck oder Temperatur des erhaltenen Gases, so dass mindestens ein Teil der mindestens einen flüchtigen Substanz aus dem Gas abgeschieden wird und die Konzentration der mindestens einen flüchtigen Substanz in dem Gas verringert wird und

c) Rückführen des aus dem Schritt b) erhaltenen Gases in den Schritt a).

Als Gas wird bevorzugt Luft verwendet. Alternativ können auch andere Gase, z.B. Stickstoff, verwendet werden .

Als Träger können z. B. Profile, Schläuche oder Rohre verwendet werden. Bevorzugt werden gewirkte Kunststoffschläuche verwendet, die bevorzugt aus Thermoplasten, z. B. Polyester, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, bestehen. Besonders geeignet ist Polyester. Die gewirkten Kunststoffschläuche können aus einem oder mehreren Filamenten gebildet sein, bevorzugt aus mehreren Filamenten. Bevorzugt werden die gewirkten Kunststoffschläuche durch eine thermische Behandlung, die etwa zu einem teilweisen Zusammenschmelzen oder Zusammensintern der Filamente, gegebenenfalls unter Schrumpfung, führt, mechanisch stabiler gemacht (die Herstellung solcher Schläuche ist z. B. in der DE 42 33 827 C2 beschrieben). Sie bleiben aber porös, so dass es im Betrieb der Vorrichtung zu einem vorteilhaften Flüssigkeitsaustausch zwischen der Innenseite und der Außenseite der gewirkten Kunststoffschläuche kommt, der sowohl die Fließgeschwindigkeit des Flüssigkeitsfilms verringert als auch eine gute Durchmischung der Flüssigkeit und eine Selbstreinigung des Trägers bewirkt. Statt ganzer Schläuche können auch z.B. längs halbierte Schläuche verwendet werden, die also einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die Träger weisen bevorzugt einen äußeren Durchmesser von höchstens 2 cm, stärker bevorzugt von höchstens 1 cm, besonders bevorzugt von höchstens 6 mm auf. Die Länge der Träger beträgt bevorzugt das mindestens 10-fache, stärker bevorzugt das mindestens 30-fache des Durchmessers. Bevorzugt wird eine Vielzahl von Trägern verwendet, die parallel zueinander mit gleichem Abstand (bevorzugt ist das Abstandsmaß das 1,5- bis 2,5-fache des äußeren Durchmessers der Träger) nebeneinander in einer geraden oder gekrümmten Reihe angeordnet sind, wobei bevorzugt mehrere, z. B. 10 bis 20, solcher Reihen hintereinander, bevorzugt jeweils um einen halben Abstand seitlich versetzt, also lückenüberdeckend, parallel zueinander angeordnet sind. Der Gasstrom wird bevorzugt senkrecht zu diesen Reihen, also im Kreuzstrom, so geführt, dass er den Flüssigkeitsfilm auf den Trägeroberflächen möglicht vollständig umstreicht, und kann durch ein Gebläse erzeugt und durch Luftleitelemente geführt und verteilt werden. Dabei sollte die Geschwindigkeit des Luftstroms nicht zu hoch gewählt werden, um eine Erzeugung und Mitnahme von Flüssigkeitströpfchen zu vermeiden.

Der Flüssigkeitsfilm auf der Trägeroberfläche ist bevorzugt ein Fallfilm, d . h. die Flüssigkeit bewegt sich aufgrund der Schwerkraft von oben nach unten. Deshalb sind die Träger mit ihrer Längserstreckung gegenüber der Waagerechten geneigt, bevorzugt zumindest im Wesentlichen senkrecht angeordnet.

Fig. 2 zeigt beispielhaft (der Übersicht halber sind nur wenige Träger dargestellt), wie die einzelnen Träger bevorzugt durch oben und unten angeordnete Lochplatten jeweils an ihren oberen und unteren Enden gehalten, etwa durch Verklebung, Verschweißung oder Klemmung, und dadurch gespannt gehalten werden können. Die obere Lochplatte dient gleichzeitig zur Flüssigkeitszufuhr und -Verteilung zu den einzelnen Trägern und weist nur Löcher zur Aufnahme der Träger auf. Der Ablauf der Flüssigkeit kann durch die untere Lochplatte erfolgen, die zusätzlich zu den Löchern zur Aufnahme der Träger weitere Löcher aufweisen kann, die den Ablauf der Flüssigkeit, die an der Außenseite der Träger hinabläuft, ermöglichen.

Als Absorbens kann jede Flüssigkeit dienen, die die jeweilige flüchtige Substanz(en) absorbieren und wieder abgeben (desorbieren) kann. Meist ist es vorteilhaft, wenn diese Flüssigkeit keinen zu hohen Dampfdruck aufweist, vor allem sollte der

Dampfdruck im Allgemeinen deutlich unter dem Dampfdruck der flüchtigen Substanz liegen. Bevorzugt liegt deshalb der Siedepunkt des Absorbens bei mindestens 99 °C, stärker bevorzugt bei mindestens 150 °C, besonders bevorzugt bei mindes- tens 200 °C. Geeignete Absorbentien sind z. B. Wasser; Lösungen, bevorzugt wäss- rige Lösungen von Cyclodextrinen (z. B. a-, ß-oder γ- Cyclodextrine) oder Cylo- dextrinderivaten (z. B. CAVASOL ® W6 HP der Firma Wacker Chemie AG); flüssige Paraffine; Mineralöle, z. B. Spindelöl (z. b. ISO-VG 8, 10 oder 46 der Firma

LINOCEM GmbH & Co. KG); Ethylenglykol; Glycerin; Polyethylenglykole; Ethoxilate von Alkoholen, Aminen oder Amiden und Säuren (z. B. Lutensol ® der Firma BASF SE); und Polyethylenglykoldialkylether (z. B. Genosorb ® der Firma Clariant GmbH, insbesondere Genosorb ® 300, 1753 oder 1843).

Flüchtige Substanzen im Sinne der Erfindung umfassen alle Substanzen, die einen solchen Dampfdruck bei Raumtemperatur aufweisen, dass nachweisbare Mengen in die Gasphase (Luft) übergehen können, z. B. flüchtige organische Verbindungen, etwa Lösemittel wie aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ether und Ester. Abhängig von der jeweiligen flüchtigen Substanz kann ein geeignetes Absorbens ausgewählt werden, wobei besonders geeignete Absorbentien durch Vorauswahl nach herkömmlichen Kriterien (ähnliche chemische Substanzen, Dipolmomente, Polarisierbarkeiten) unter Berücksichtigung eines ausreichenden Unterschieds der Dampfdrücke und experimentelle Bestätigung der Eignung leicht gefunden werden können.

Die Kondensation der flüchtigen Substanz in der Kondensationsvorrichtung kann bevorzugt durch Kühlung etwa mittels Kühlwasser oder einer Kältemaschine erfolgen, so dass sich die flüchtige Substanz an einer Wärmetauscheroberfläche niederschlägt, von dieser abläuft und so entfernt werden kann. Alternativ oder auch zusätzlich zur Kühlung kann die Kondensation durch Druckerhöhung ausgeführt werden.

Nachfolgend wird unter Bezug auf Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Lösemittelrückgewinnungsanlage beschrieben. Einer erfindungsgemäßen Desorbereinheit (AWS Des.) mit einem aktiven Volumen von 0,36 m ³ wird mit einer Temperatur von 70 °C als Flüssigkeitsmischung (Absorbens mit flüchtiger Substanz) Genosorb ® 1843 (Triethylenglykoldibutylether) mit 1,23 % Butylacetat aus einer Lösemittelabscheideanlage zugeführt. Der Desorbereinheit wird mittels eines Gebläses im Kreuzstrom unbeladene Luft zugeführt. Dadurch können etwa 8,1 g/s an Butylacetat aus der flüssigen Phase in die Gasphase überführt werden, wobei die Luft annähernd gesättigt wird . Das Absorbens wird danach erneut der Lösemittelabscheideanlage zugeführt. Die beladene, erwärmte Luft, die aus der Desorbereinheit austritt, wird einem Luftwärmetauscher als Kondensationseinheit mit einem aktiven Volumen von 0,18 m ³ zugeführt, in dem bei einer Temperatur von 5 °C das Butyl- acetat aus der Gasphase kondensiert und abgeführt wird . Die aus der Kondensationseinheit austretende Luft weist nur noch eine Beladung von 0,51 % auf und wird erneut der Desorbereinheit zugeführt.