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Anlagenbeschreibung


Aktivkohleanlage mit Abwasserreinigung nach Beschichtung keramischer Folien

 

1. Einführung

Die Anreicherung eines Stoffes an der Grenzfläche einer benachbarten Phase wird allgemein als Sorption bezeichnet. Findet die Anreicherung ausschließlich an der Oberfläche statt, so spricht von Adsorption. Bei Festkörpern kann Adsorption sowohl aus der Gasphase wie aus umgebenden Flüssigkeiten erfolgen. Hierbei lässt sich zwischen physikalischer Adsorption und Chemisorption unterscheiden. Wenn die sorbierten Molekühle ins Innere der Nachbarphase eindringen, spricht man von Adsorption, z. B. bei der Einlagerung von Wasserstoff in bestimmte Metalle oder bei Lösungen von Gasen in Flüssigkeiten. Unter Desorption versteht man die Umkehrung von Adsorptionsvorgängen.

Gemäß Vereinbarung wird das Adsorptionsmittel als Adsorbens bezeichnet, der zu adsorbierende Stoff als Adsorptiv. In adsorbiertem Zustand spricht man vom Adsorpt. Adsorbat wird das Gesamtsystem Adsorbens plus Adsorpt genannt.

Je nach Bindung der angelagerten Moleküle an der Feststoffoberfläche unterscheidet man physikalische und chemische Adsorption. Bei der physikalischen Adsorption treten molekulare Oberflächenkräfte zwischen der Feststoffoberfläche und den angelagerten Molekülen auf. Es handelt sich um eine lockere Bindung, die leicht wieder gelöst werden kann. Bei der chemischen Adsorption sind die Bindungskräfte stärker. Zur Lösung der Bindung ist demzufolge ein höherer Trennaufwand erforderlich.

Im vorliegenden Fall werden Trichloräthylen und Ethanol über die Aktivkohleanlage geführt.

Die Aktivkohleanlage besteht im wesentlichen aus Adsorptionseinheit, Regenerationseinheit, Dampferzeuger und Abwasserreinigung.

Die schadstoffhaltigen Abgase werden über ein Gebläse von unten nach oben durch den mit Adsorbens gefüllten Adsorber gedrückt. Nach Abtrennung der zu adsorbierenden Stoffe an der Adsorbensoberfläche verlässt das Abgas gereinigt den Adsorber. Da die Abluft stetig aus einer Prozessstufe anfällt, muss nach Beladung (Sättigung) des Adsorbens auf einen weiteren noch unbeladenen Adsorber umgeschaltet werden. Der zuvor beladene Adsorber wird durch ein Hilfsmedium, in diesem Fall Wasserdampf, entgegen der Strömungsrichtung beim Beladen regeneriert. Für eine genaue Verfahrensbeschreibung siehe Punkt 3. „Verfahrensbeschreibung“.

Die Adsorption wird vorwiegend bei der Entfernung gas- und dampfförmiger Stoffe, die nur in kleinen Konzentrationen (einige g/m3) in Gasgemischen enthalten sind, eingesetzt. Im Rahmen der Abgasreinigung kann sie dabei isoliert wie auch als Vorstufe oder im Anschluss an weitere Verfahren Verwendung finden (Kombinationsverfahren). Die abzutrennende Gaskomponente stellt einerseits einen Wertstoff dar, z. B. wird das Lösemittel in der Abluft durch Adsorption an Aktivkohle und nachfolgende Regeneration zurückgewonnen. Anderseits kann der ursprüngliche Schadstoff nach der Adsorption durch weitere Prozessstufen in einen Wertstoff umgewandelt werden (Aufbereitung).

Adsorbentien sind Feststoffe, die in der Gasreinigung aufgrund der Größe ihrer inneren Oberfläche und ihrer physikalischen und chemischen Beschaffenheit eine Konzentration von Stoffen aus der umgebenden Gasphase ermöglichen. Zur Realisierung einer wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Adsorption müssen sie bestimmte Eigenschaften aufweisen. Unterscheidungsmerkmale sind im wesentlichen chemische Oberflächenbeschaffenheit und Porenstruktur. Sie werden durch Ausgangsmaterial und Art des Herstellungsverfahrens bestimmt.

In Tabelle 1 sind typische Eigenschaften verschiedener Adsorbentien aufgeführt. Die Aktivkohle weist das größte Porenvolumen und damit die größte spezifische Oberfläche auf.

Adsorbens Schüttdichte [kg/m³] Spezifische Oberfläche [m²/g] Desorptions- Temperaturbereich [°C]
Aktivkohle 300 ... 500 1000 ... 1500 100 ... 150
Aktivkohle engporig 400 ... 500 600 ... 1000 100 ... 150
Aktivkoks 600 100 300 ... 500
Kohlenstoff-Molekularsieb (CMS) 600 ... 800    
Zeolithisches Molekularsieb (ZMS) 650 ... 750 800 ... 1100 200 ... 300

Durch Regeneration werden die adsorbierten Stoffe von der Adsorbensoberfläche entfernt und gleichzeitig das Adsorptionsmittel regeneriert. Dadurch kann es erneut der Adsorption zugeführt werden. Da die Adsorption durch erhöhten Druck und erniedrigte Temperatur begünstigt wird, ist die Desoption, der umgekehrte Vorgang, bei tiefem Druck und hoher Temperatur durchzuführen. Abhängig vom Stoffsystem und den gewählten Arbeitsbedingungen bei der Adsorption, werden verschiedene Desorptionsmethoden angewandt.