Search

EP-4232181-B1 - COABSORBER

EP4232181B1EP 4232181 B1EP4232181 B1EP 4232181B1EP-4232181-B1

Inventors

  • Büchner, Richard
  • KUHLENCORD, Moritz

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20211130

Claims (10)

  1. An apparatus (10) for separating carbon dioxide from a gas mixture, wherein the apparatus (10) includes a solid (20) for absorption of carbon dioxide, wherein the apparatus (10) includes a heat exchange apparatus (30) for the solid (20), wherein the apparatus (10) includes a shell (40), wherein the shell (40) is evacuable, wherein the apparatus (10) has an inlet (50) in the shell (40) for the gas mixture, wherein the inlet (50) is disposed above the solid (20), characterized in that the solid (20) for absorption of carbon dioxide is in particulate form, wherein the inlet (50) is designed to generate a radial flow of the gas mixture above the solid (20), wherein conductive elements (110) are arranged in the shell (40) and at the level of the inlet (50).
  2. The apparatus (10) as claimed in claim 1, characterized in that the shell (40) has a round cross section.
  3. The apparatus (10) as claimed in any of the preceding claims, characterized in that the solid (20) is disposed in an absorption layer in a horizontal arrangement, wherein the absorption layer has an upper boundary element (70) at the top end and a lower boundary element (80) at the bottom end, wherein the upper boundary element (70) and the lower boundary element (80) are each formed by a grid or perforated plate, wherein the openings of the grid or of the perforated plate are smaller than the particle size of the solid (20).
  4. The apparatus (10) as claimed in claim 3, characterized in that the upper boundary element (70) has vertical structures (90), wherein the vertical structures extend into the solid (20).
  5. The apparatus (10) as claimed in any of the preceding claims, characterized in that the apparatus (10) has a pump for evacuating the shell (40), wherein the pump is a water-ring pump.
  6. The apparatus (10) as claimed in any of the preceding claims, characterized in that the apparatus (10) has a pneumatic conveying apparatus (100) for the solid (20).
  7. The apparatus (10) as claimed in claim 6, characterized in that the pneumatic conveying apparatus has a connecting tube, wherein the connecting tube is evacuable for removal of the solid (20) from the shell (40), wherein the solid (20) can be introduced into the shell (40) with a gas stream through the connecting tube.
  8. The apparatus (10) as claimed in any of the preceding claims, characterized in that the heat exchange apparatus (30) includes a fluid as heat carrier.
  9. The apparatus (10) as claimed in any of the preceding claims, characterized in that the apparatus (10) includes a cooler, wherein the cooler is disposed upstream of the inlet (50).
  10. The apparatus (10) as claimed in claim 9, characterized in that the cooler has a water outlet.

Description

Die Erfindung betrifft einen regenerativen CO2-Absorber, insbesondere zur Verwendung an Bord eines Unterseebootes. An Bord eines Unterseebootes muss die Atemluft ständig erneut werden, das von Mannschaft produzierte CO2 muss entfernt und der verbrauchte Sauerstoff wieder ergänzt werden. Da dieses für die Besatzung lebenswichtig ist, muss eine kontinuierliche Aufbereitung der Atemluft zuverlässig und auch über lange Zeiträume sichergestellt sein. Zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid gibt es eine Reihe von Methoden. Insbesondere werden Filter aus Atemkalk oder Lithiumhydroxid verwendet. Nachteil dieser Filter ist jedoch, dass diese nicht während der Fahrt regeneriert werden können. Somit muss das Unterseeboot ausreichend Filterkapazität mitführen. Dieses führt zu einer hohen Gewichtsbelastung. Zusätzlich müssen die Filter regelmäßig getauscht werden, wobei das Risiko aus dem Umgang mit den Stoffen besteht, weil sowohl bei Atemkalk als auch Lithiumhydroxid in Verbindung mit Wasser eine mehr oder weniger starke Lauge gebildet wird. Zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid wird als Filter, welcher regeneriert werden kann, teilweise ein Feststoff mit funktionellen Amingruppen eingesetzt. Derartige Filter werden zunächst mit Kohlenstoffdioxid aus Atemluft beladen und anschließend in einem Regenerationszyklus durch Erwärmen regeneriert. Nachteil ist, dass das Amin beim Erwärmen degradiert. Aus der DE 10 2008 015 150 B4 ist ein Unterseeboot mit einer Belüftungseinrichtung und einer CO2-Absorptionseinrichtung bekannt. Aus der DE 10 2018 212 898 A1 ist ein CO2-Absorber mit einer Wasserinjektion zur Kühlung bekannt. Die hohe Beladbarkeit des Amins mit Wasser hat sich dabei jedoch als weniger vorteilhaft herausgestellt. Aus der DE 697 28 061 T2 ist ein Reinigungsgerät auf dem Gebiet der Narkose bekannt. Aus der WO 2017/212 381 A1 ist die Bindung von CO2 aus Abgasen bekannt. Aus der WO 2014 011 081 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen von Gasen bekannt. Aus der EP 2 963 107 A1 ist ein Verfahren zum Raffinieren von Biomethan bekannt. Aus der US 5 762 692 A Ist eine Emissionsschutzvorrichtung für Automobile bekannt. Aus der DE 10 2008 015 150 B4 ein Unterseeboot mit einer Belüftungsvorrichtung bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche für einen langzeitstabilen Einsatz insbesondere in einem Unterseeboot geeignet ist, also zuverlässig CO2 absorbiert und in beengter räumlicher Umgebung leicht die notwendigen Wartungsschritte erlaubt. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasgemisch, insbesondere zur Abtrennung von Kohlendioxid aus der Atemluft an Bord eines Unterseebootes. Die Vorrichtung weist einen Feststoff zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid auf. Bei dem Feststoff handelt es sich bevorzugt um ein Polymer mit funktionellen Amingruppen. Die Vorrichtung weist eine Wärmetauschvorrichtung im Feststoff auf. Die Wärmetauschvorrichtung dient dazu den Feststoff zur Desorption des Kohlendioxids zu erwärmen und nach der Desorption wieder abzukühlen. Zusätzlich kann der Feststoff auch während der Absorption des Kohlendioxids gekühlt werden, um eine ungewollte Erwärmung durch die exotherme Reaktion zu verhindern und so die Absorption zu optimieren. Die Vorrichtung weist eine Hülle auf, wobei die Hülle evakuierbar ist. Erfindungsgemäß wird auch ein Druck von 10 kPa oder kleiner als Vakuum im Sinne der Erfindung angesehen, da dadurch sowohl Sauerstoff ausreichend von dem Feststoff vor dem Erwärmen entfernt werden kann, als auch die Desorption von Kohlendioxid ausreichend unterstützt wird. Die Hülle muss entsprechend stabil ausgebildet sein, um einen solchen Druck standhalten zu können, wobei zusätzlich zu berücksichtigen ist, dass der Druck im Inneren eines Unterseebootes stark schwanken kann und auch Werte bis 160 kPa erreichen kann. Die Vorrichtung weist einen Einlass in der Hülle für das Gasgemisch auf, wobei der Einlass oberhalb des Feststoffs angeordnet ist. Hierdurch wird der Feststoff von oben nach unten durchströmt. Erfindungsgemäß liegt der Feststoff zur Aufnahme von Kohlendioxid partikulär vor. Partikulär ist im Sinne der Erfindung beispielsweise kugelförmig. Die Größe der Partikel der Feststoffe liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, bevorzugt von 1 mm bis 10 mm. Durch die Verwendung eines partikulären Feststoffes ist der Austausch auch in einem räumlich beengten Unterseeboot deutlich erleichtert und auch die Lagerung des Feststoffes ist einfacher gegenüber beispielsweise scheibenförmigen Feststoffen. Die Hülle weist ganz besonders bevorzugt einen runden Querschnitt auf. Der Einlass ist zur Erzeugung einer radialen Strömung des Gasgemisches oberhalb des Feststoffes ausgebildet. Beispielsweise und bevorzugt is