用于再生VOC吸附器的方法和吸附装置与流程

本发明涉及一种用于再生VOC吸附器的方法，并且涉及一种吸附装置。

背景技术：

DE10158970A1公开了可将易氧化物质和/或VOC成分从气流中去除的方法。同样地，相应装置被公开从而用于实现该方法。在所述专利中可以发现，在分层结构中，吸附器、电极和在两者之间的阻挡层形成为结构单元，特别是用于从飞行器的机舱空气中去除易氧化物质。在这种情况下，分隔开的两个电极和处于两者之间的阻挡形成具有介质阻挡放电（dielectric barrier discharge）的等离子体源。

技术实现要素：

本发明的问题是提供开始时提及的方法，以及用于实现所述方法的相应吸附装置，利用其可解决现有技术的问题，并且它有可能，特别是，用来清洁和/或再生以及确保VOC吸附器的有利操作容易和简单。

该问题的解决是通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求10特征的吸附装置。本发明的有利的以及优选的实施例是另外的权利要求的主题，且在下文中更加详细描述。在该案件中，某些特征将仅为方法或仅为吸附装置描述。然而，独立于此的是，它们意图独立地应用于不但方法而且吸附装置。权利要求的措辞通过明确参考说明书的内容做出。

提供了与至少一个等离子体源整体地构造为结构单元的VOC吸附器。在这种情况下，受控的气流流过吸附器。在某些情况下，该气流也可能由隶属于吸附装置本身的风机或通风设备控制。作为操作阶段在吸附阶段和/或过滤操作中，气流被吸附器净化，其中各种物质，特别是被称为挥发性有机化合物（VOC）的气态有机物质以及有机固体附着在指明是VOC吸附器的吸附器上，并从而被从气流中去除。在这种情况下，有利地，有机固体、颗粒和油脂气溶胶已经事先被分离出去，通常在上游的油脂分离器中。这是可能且有利的，例如在抽取系统或其它排气装置中的吸附装置的使用和操作的情况中。流过的气流或存在于其中的组分的该吸附，这原则上说是过滤操作，在低温下进行有利，并且因此没有额外的热能引入。在这种情况下，滤出在VOC吸附器处的组分浓度增加，时间久了，这反过来影响，第一，其的透过性，第二，吸附容量，因此必须清洁VOC吸附器。

在这种情况下，在VOC吸附器的上游布置H₂O吸附器用于吸附气流中的水，所述气流将在吸附期间被净化作为操作阶段。本发明的有利特征是，关于吸附，空间上分开吸附水和VOC，各自在分别的吸附器中。

在VOC吸附器的再生阶段期间，水从H₂O吸附器中脱附，有利地通过使H₂O吸附器升温来帮助或加强。从H₂O吸附器中被去除的水被传到下游VOC吸附器，所述VOC吸附器，有利地，与等离子体源结构一体化。借助等离子体源，然后，通过进给到等离子体源的水的水裂解产生羟基或OH自由基，用于VOC吸附器的改进再生。除了臭氧和氧自由基之外，产生OH自由基，以这样的方式使得除了较少选择性的空气等离子体之外，产生更有选择性的蒸汽等离子体。在许多空气净化过程中，不可避免且频繁的干扰的伴随物水可被重做打算来为高效的非热等离子体的产生提供有用帮助。

为了在再生阶段清洁和/或再生VOC吸附器，使用等离子体源，有利的是其在过滤阶段或吸附阶段期间不操作。在这种情况下，不仅气流中的温度，而且气流通过VOC吸附器的强度被以这样的方式来控制，即，使得由等离子体源产生的氧化剂被充分和/或尽可能好地利用。利用等离子体源，在气流中和在VOC吸附器的表面处产生氧化剂，但特别是OH自由基。根据现有技术大体上等离子体源可被构造成等离子体发生器，有利地构造为高压等离子源。它有利地非热地产生等离子体，也就是说仅通过高压。

在这种情况下，在本发明的发展中，可被提供的是，在VOC吸附器的再生阶段开始时，可设置低的气流率或体积流率，其中风机或类似的在相对低的输出下操作，所述风机或类似的或者连接吸附装置（H₂O和VOC吸附器）的上游或者是吸附装置的一部分，但在所有情况下由吸附装置或由相同的控制器促动。有利的是，在再生阶段期间，气流率或体积流率是在过滤或吸附阶段期间流过VOC吸附器的气流率或体积流率的0.5％和2％到5％或10％之间。

该气流的温度提升以这样的方式来设置，即，使得来自H₂O吸附器的水的脱附可迅速进行，也就是，例如，到100℃到300℃在H₂O吸附器处。由此提供的加热器因此相应操作。VOC吸附器的温度大致由其中的水的凝结趋势决定，但可较低，例如低于200℃。温度必须至少足够高以避免大量的水凝结在VOC吸附器中，其对等离子体稳定性将具有不利后果。在VOC吸收器的等离子体－化学再生期间，水和二氧化碳被大量形成作为反应产物。

多余的水，以及低蒸汽压的极性有机和无机反应产物，例如在气流中仍有存在迹象的硫的无机酸和氮的无机酸，可在凝结阶段利用冷凝器除去，所述冷凝器连接VOC吸收器的下游。通过氧化含硫有机化合物和/或含氮有机化合物可形成无机酸。冷凝器下游一般需要的后过滤器用作再生期间气流的精净化。

在再生阶段开始时，也就是说在关于时间的第一个三分之一或四分之一，在等离子体源处的等离子体电压可被设高或设置得较高，或者以大功率或较大功率操作等离子体源，以便产生相对大量的所述氧化剂。接近再生阶段的末尾，特别是在关于时间的最后三分之一或四分之一，相反地，气流被设置得较强，也就是说有相对强的流动通过VOC吸附器。以上提到的通风设备或风机被相应促动用于此。然后，气流的温度可被设置得仍更高或相对高，例如到高达350℃。等离子体电压，相反地，被设置得较低，以这样的方式，使得仅产生相对小量的氧化剂。从而，可实现适于VOC吸附器的再生过程的氧化剂的利用。此外，可确保水从VOC吸附器上大量或有利地完全的脱附。从而，在再生阶段开始时，主要产生许多氧化剂，并且由于小的体积流率和低温，大量的氧化剂处于VOC吸附器中。设置相对低的温度具有如下效果，即：VOC呈现为仍吸着于VOC吸附器的表面，并且在那里被氧化剂去除。

在再生阶段的过程中，或者在其末尾，小部分仍残留的杂质已落下很多。然后，主要还重要的是，氧化剂可靠到达VOC吸附器的所有区域用于再生，为此气流被设置得有点强。在这种情况下，有利地，它可强达再生开始时的两倍和五倍到十倍之间。从而，可实现氧化剂可靠地流动通过整个VOC吸附器。温度可仍进一步增加，更加精确显著地。从而，可帮助去除仍存在的杂质。等离子体电压被设置得相对低，例如是在再生开始时的高的等离子体电压的10％到30％，或甚至50％。因此，等离子体源也相应地产生较少的氧化剂，然而，也不再要求其在相同的程度，因为已经进行了VOC吸附器的部分或大体的清洁或再生。

此外，可能的是，布置不仅等离子体源和VOC吸附器尽可能靠近在一起，也就是说直接挨着彼此或甚至以一体化的方式构造在一起，而且布置催化剂设备空间上靠近VOC吸附器。从而，可帮助VOC吸附器再生，特别是在VOC吸附器被加热的情况下。有利的是，催化活性组分，如从现有技术中已知的，被涂到VOC吸附器。从而，具有簇形式的催化剂，也就是说非常小的球，可被涂到VOC吸附器的内表面。

加热器、加热装置或用来使流过两个吸附器的气流升温的类似装置可有利地另外被设置在H₂O吸附器和/或VOC吸附器的气流上游，或在吸附装置的入口处。尽管它们可被布置得相对靠近吸附器或等离子体源，特别是H₂O吸附器，但距VOC吸附器的距离会这么大以至于加热意味着首要地特别是仅加热气流，且至多从而间接加热VOC吸附器和/或等离子体源。因此，可避免加热装置的过多能量消耗。也可能的是，在气流中设置多个加热装置。

然而，此外还可能直接加热VOC吸附器。从化学的观点看，对于VOC吸附器的催化活性实施例，该可能性服务了不仅吸附的有机化合物和/或VOC的催化氧化，所述催化氧化在上升后的温度下更加有效，而且主要地服务来自VOC吸附器的氧化产物和/或H₂O的更快脱附。此外，在VOC吸附器和催化剂的结构单元中的智能温度－体积流率控制，借助在再生期间的逐渐的温度上升，容许最小化再生阶段开始时有机中间产物的放电，以及最大化再生阶段末尾时水的脱附。主要地，蒸汽等离子体的产生实现了VOC吸附器的改进再生。

根据本发明在延伸中，冷凝器可被布置在VOC吸附器和后过滤器之间，和/或VOC吸附器的下游，用于有机中间物和水的冷凝，且也用于从过程中更加有效地去除其。冷凝器仅在再生阶段期间操作。连接冷凝器的下游的后过滤器用作气流的精净化，且有利地，流动仅在再生阶段期间通过。一般，后过滤器可有利地设置在VOC吸附器的下游用于气流的精净化。

用于产生气流的通风设备或风机原则上可布置在气流中任何期望的地点处，但不要太靠近以上提及的加热装置、VOC吸附器或等离子体源，以便不损害其的功能。有利的是，通风设备或风机布置在VOC吸附器和等离子体源的下游，以这样的方式使尽可能少的杂质保留在其上，并且其的局部不需要同时被加热装置不必要地加热。

在VOC吸附器的再生期间，在本发明的实施例中，水和/或蒸汽、氧气、臭氧、以上提及的VOC和/或二氧化碳的浓度可被测量。该测量浓度可被用于控制气流、温度和/或等离子体电压。浓度可在VOC吸附器的上游和/或VOC吸附器的下游测量，有利地，在其的上游和下游均测量。尽管其下游的测量被认为特别重要，因为可估算从VOC吸附器和/或吸附装置离开的空气，然而借助上游和下游的测量，可由此估算VOC吸附器中相应的浓度下降。如果，例如，在操作阶段期间VOC吸附器下游气流中的VOC浓度增加，则必须开始再生阶段。如果，例如，VOC吸附器下游气流中的二氧化碳浓度仍比较高，则再生应执行更长时间和/或更加密集。有可能，带有较高氧化剂产生的再生的开动阶段也可被延长用于氧化剂的改进的再生作用。由于H₂O吸附器的热再生，优选在气流中可产生按体积计算大于50％的高的蒸汽部分（steam fraction）。在优选的变型例中，新鲜空气与蒸汽的混合以这样的方式控制，即，使得在VOC吸附器中，蒸汽与空气相比存在很大过剩。该高的蒸汽部分具有如下效果，即，通过例如等离子体中的电子碰撞诱发过程，形成高浓度的短暂的OH自由基作为高度反应活性的氧化剂，所述高度反应活性的氧化剂氧化VOC特别有效，且因此再生VOC吸收器特别快。

此外，通过气流中的高含水量可强有力地减少或甚至完全避免经常过高的臭氧形成。这极其重要，关系到排放到外部空气中。在VOC吸附器的等离子体化学再生期间气流中空气含量的极大减少此外引起来自空气中的氮气的不想要的氧化氮的形成（N₂→NO_x）在等离子体源中也被极大降低。

在本发明的实施例中，例如，通过以上提及的传感器或VOC和/或二氧化碳的测量用具，可测量VOC吸附器污染的程度。一旦其超过限定值，就可开启VOC吸附器的再生。为此，还可在VOC吸附器的上游和下游检测通过吸收装置和/或抽取系统或类似装置的气流，其中，从数值的比较上可就VOC吸附器的污染得出结论。然后，VOC吸附器的再生可直接开始，除非在抽取系统已处于操作阶段的情况下。那时，氧化剂的使用实现得非常少。那么，需要等待直至抽取系统的操作结束。替代地，可使用最好是适于使用者行为的限定的时间段用于再生，例如在夜里。那时，抽取系统有非常高的可能不被使用。此外，可能引起的工作噪音和臭味公害那时都不打扰。

替代地，可设置VOC吸附器的循环再生以大致固定的循环次数，例如每周一次或每月一次。此外，按照有针对性的方式，为此可使用以上提及的夜间适宜的时间段。

在仍另外的替代例中，可能的是，特别是当以上提及的传感器一个也未设置时，在抽取系统的限定操作时段之后开始VOC吸附器的再生，有利地再次在适当的时间段期间。

有利的是，氧化剂可利用等离子体源非热地或在低于300℃，优选甚至低于100℃，的低温下或者在没有明确的目标加热的情况下产生。特别有利的是，氧化剂可通过高压产生，例如在被电介质阻挡分开的两个电极之间，其中之一是高压电极，另外的是接地电极。因此，没有电弧或类似的产生。因而，在过滤器和/或VOC吸附器中安全性可被增加，因为在食物的烹饪中由于油脂含量VOC绝对可以是可燃的。此外，可维持低的能量消耗。

气流和/或VOC吸附器有利地可通过有针对性的方式加热。为此，优选地电阻加热元件是有用的。

吸附装置的控制设备有利地也是吸附装置所隶属的整个设备的控制装置，也就是说例如抽取系统或任何其它的通风和/或净化装置的整个设备。

这些或其它特征，除从权利要求之外，还从说明书和图中理解，其中个别特征可各自独立地或作为多数以子组合的方式在本发明的实施例中和在其它领域中实施，并且可以是有利的且它们自身可以取得专利的实施例，对于其的保护在此被要求。本申请到单独章节和副标题的再分在它们总的有效性中不限制在此之下作出的声明。

附图说明

本发明的另外的优点和方面产生自权利要求以及下文中对本发明的优选的示例性实施例的描述，所述描述在下文中参照附图来解释。在附图中：

图1示出了根据本发明的吸附装置，利用所述吸附装置能够执行上文中描述的方法，以及

图2示出了剖切吸附器、催化剂和等离子体源的一体化的结构单元的示意性剖视图。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了如能够被用在用于通风和/或空气净化的系统中的、例如用在烹调器具上或上方的抽取系统中的根据本发明的吸附装置11。为此，整个吸附装置11能够被布置在相对应的壳体中，所述相对应的壳体是本领域技术人员可容易地实现的。

吸附装置11具有用于待净化的空气的入口12。该入口12经由预热器14通向第一H₂O吸附器13，所述第一H₂O吸附器13用来干燥待净化的空气，并且用来收集水用于后续使用。然后，气流进一步经过加热器14'，这是因为它是再生阶段所需要的，所述加热器14'在下文中进一步描述。

其后，沿循结构单元15，如已在开始处描述的，所述结构单元15具有原理性的吸附器（principle adsorber）16，所述吸附器16被构造为VOC吸附器。上文提及的H₂O吸附器13被有利地构造为是亲水的，例如具有NaX沸石。VOC吸附器16被有利地构造为是疏水的，例如具有USY沸石，其中，其吸附材料特别有利地是抗氧化的。两个吸附器都应是耐热的，优选地耐多达至少300℃或多达400℃的温度。板型、蜂窝型或泡沫型的吸附结构是优选的，特别是板型的吸附结构。

在对应于抽取系统和/或吸附装置11的通常操作阶段的吸附过程中，待净化的气流流过在空间上彼此分开的两个吸附阶段。在这种情况下，H₂O吸附器13用来干燥气流并且收集水，而VOC吸附器通过吸附从气流去除气味强烈的成分，特别是VOC成分。净化的空气借助于处于分支22处的通风设备23来吹出。待净化的气流的干燥用于保护VOC吸附器16免受水凝结和孔阻塞的影响。吸附的过程在大体积流率通过通风设备23的情况下在环境温度下继续进行，其中，两个吸附器13和16能够通过高达1000m³/h的大体积流率。通风设备23应具有相对应的输出，如已知的，例如抽取系统的相对应的输出。在这种情况下，等离子体源20是闲置的。

这里，在水和VOC成分的在空间上分开的吸附方面关于操作阶段存在独特性。由此，非常显著地减少了水和VOC成分对单吸附器的竞争性吸附的不利影响。根据现有技术，特别是在烹饪操作中非常频繁地发生的待净化的气流具有高水含量的情况下，这种竞争性吸附导致如下事实，即：水使吸附的VOC成分移位，并且因此，降低了VOC吸附器对VOC的吸附能力。同时，VOC吸附器能够被凝结的水阻塞，并且因此，完全地妨碍或阻塞吸附。

VOC吸附器16有利地包括催化剂18，所述催化剂18在这里被示意性地示出为分开的，所述催化剂18具有催化活性组分，特别有利的是如上文提及的处于VOC吸附器的内表面上的簇或非常小的球。该催化活性组分作为氧化催化剂，并且有利地抗含硫化合物的抑制。例如，为此能够使用混合的金属氧化物。

最后，在结构单元15中，连同VOC吸附器16和催化剂18一起，另外还包含上文提及的等离子体源20。大体上，它能够按照已知的方式来构造，确切的来说，它能够按照如下方式主要与VOC吸附器16构造为结构单元，即：使得等离子体源20能够被一体化地整合在其中。这意味着直到等离子体源20所产生的氧化剂到达VOC吸附器16的表面以便在那里能够去除相对应的杂质和/或VOC成分之前的非常短的路径长度，并且由此，意味着非常短的时间段。有利的是，等离子体源20具有介质阻挡放电，为此，它包括相对应的电介质（dielectric）。在结构单元15的下游，设置了用于气流的分支22，所述分支22被构造为是可关闭的（closable）。如果吸附装置仅被用于吸附性的空气净化，则在分支22处，能够借助于通风设备23来吹出所有净化的空气。

在再生阶段期间，该分支22被关闭，并且气流进一步进入到冷凝器24中。称为后过滤器26的部分跟在其后，所述后过滤器26也被称为监控过滤器（policing filter），所述后过滤器26能够包括活性炭材料或其他矿物的疏水吸附器，例如沸石。它还能被设计为倾倒床反应器（dumped-bed reactor），这是因为在再生阶段期间有利地小的气流仅流过它。而且在这里，能够存在催化活性组分。

在后过滤器26的下游设置有风机27，在再生阶段期间，所述风机27将气流吸入至入口12。在此程度上，风机27仅需要被设计用于那里提供的小的气流。该气流随后在出口28处离开。

此外，传感器31、32和33被设置在吸附装置11上。这些传感器捕获将要在净化中被去除的组分的一小部分，特别是上文提及的VOC和H₂O，并且更确切而言，传感器31在入口12处捕获，传感器32在结构单元15的下游捕获，并且传感器33在后过滤器26的下游捕获。传感器31、32和33经由控制器35来连接，如图所示，所述控制器35还促动加热器14和14'。此外，控制设备35还促动通风设备23和风机27，并且特别是还促动等离子体源20。

按照上述方式，VOC吸附器16主要能够借助于等离子体源20以限定的间隔或根据需要在空气净化之后再生。为此，尤其还可能的是，借助于所示的加热器14和/或14'，或其他另外的加热器，来设置主要在H₂O吸附器中的用于水的脱附的温度过程以及结构单元15中的温度过程，而且还设置冷凝器24处和后过滤器26处的温度过程。通过相对应地促动风机27，能够设置气流的速率。最后，控制设备35还能够控制等离子体源20，以便设置所产生的氧化剂的量。

图2示出了剖切吸附器和/或VOC吸附器16和等离子体源20的结构单元15的示意性剖面，所述剖面分层示出。VOC吸附器16按照如下方式携带催化活性组分和/或以已知的方式涂覆有催化活性组分，即：使得该催化剂未被分开地示出。最顶层通过在开始处描述的用于介质阻挡放电的电介质35形成。作为与VOC吸附器16一起的设计构造，电介质35能够形成用于结构单元15的薄片结构（wafer structure）的骨干（backbone），尽管在这里示出为板结构。

在两层VOC吸附器16之间布置有高压电极37。在其之下布置有另一层电介质35。在该层结构之下，为流过结构单元15的气流设置有气体通道40。

在气体通道40之下布置有相似于先前描述的层结构的另一层结构，但所述另一层结构具有接地电极38而非高压电极37。然后跟着又是气体通道40，以此类推。

在等离子体源20的多个反应器变体之中，具有电介质35的介质阻挡放电布置结构提供了在避免电击穿和与之相关联的可能的短路和热点方面的最大的操作可靠性。第二标准在于，优选地，整个吸附器体积被等离子体所形成的放电区包住。因此，作为一体化的结构单元的结构类型是特别有利的。

所描述的介质阻挡放电的变体能够利用具有50Hz的频率的高电压、还可能利用具有处于千赫范围中的频率的脉冲高压源来操作。此外，能够使用处于从兆赫到千兆赫的高频率范围中的电容或电感耦合的无线电波和微波等离子体，所述等离子体能够产生相对大量的氧化剂。对于该变体，电极将被安装在根据现有技术的VOC吸附单元外，并且等离子体电感或电容地耦合到VOC吸附器中。

对于VOC吸附器和等离子体源的结构单元的这种层结构而言，替代性地，还能够选择如来自例如相同申请人提交的2014年4月22日的欧洲专利申请EP 14165365.9的电极37和38的针状几何构型，所述欧洲专利申请被明确地引用。

从H₂O吸附器13热脱附的水在再生阶段中作为蒸汽被带到结构单元15中，并且在那里借助于等离子体源转变成OH自由基。此外，借助于等离子体源能够产生另外的反应性等离子体物质，例如O自由基和臭氧。由于空间上在较大程度上靠近待清洁的VOC吸附器16，该氧化剂被产生在刚好需要它的地方。因此，即使在它短暂的生存期期间，它也能够容易地起作用。