AT133644B - Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von flüssiger und fester Kohlensäure aus Abgasen. - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von flüssiger und fester Kohlensäure aus Abgasen.

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AT133644B
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Rudolf Ing Jahn
Julius Alexander Brachfeld
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Julius Alexander Brachfeld
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Description


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  Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von fliissiger und fester Kohlensäure ans Abgasen. 



   Es ist bekannt, die in Koksofengasen und anderen Gasen enthaltene Kohlensäure dadurch anzureichern, bzw. von den übrigen Bestandteilen abzutrennen, dass die kohlensäurehaltigen Gase mit Alkalikarbonatlösungen in Berührung gebracht werden. 



   Dabei findet eine Absorption der Kohlensäure unter Bildung von Alkalibikarbonaten statt, die bei Erhitzung die Kohlensäure wieder unter Rückbildung von normalen Alkalikarbonaten abgeben. 



  Die so erhaltene Kohlensäure ist praktisch rein und kann nach entsprechender Trocknung in flüssige und feste Form übergeführt werden. 



   Eingehende Versuche haben ergeben, dass insbesondere bei der Absorption der Kohlensäure eine Reihe von Bedingungen zu   berücksichtigen   ist, die bisher noch nicht genügende Beachtung gefunden haben. 



   Bei den bisherigen einschlägigen Verfahren wurde dem Umstand nicht genügend Rechnung getragen, dass bei der Absorption von Kohlensäure in erster Linie eine ganz besonders feine Verteilung erforderlich ist. Dies wurde gemäss der Erfindung durch Versuche über die Art des Absorptionsvorganges von Gasen in Flüssigkeiten festgestellt. 



   Die Erfindung zeigt einen Weg, auf dem es möglich ist, mit besonderer Wirtschaftlichkeit die Rauchgase einer Industriefeuerung oder sonstige kohlensäurehaltige technische oder andere Abgase zur Kohlensäuregewinnung heranzuziehen. Es ist bekannt, dass die Absorption von der Oberfläche und von 
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 gehende Bildung von Bikarbonat zu erreichen. Die Versuche haben gezeigt, dass nur bei einer sehr bedeutenden Vergrösserung der Oberfläche kleine Umsetzzeiten zu erreichen sind. 



   Auf Grund dieser Ergebnisse wird das Verfahren nach der Erfindung in der Weise ausgeführt, dass zunächst die Absorption der Kohlensäure unter Verwendung hochkonzentrierter   Alkalikarbonatlösungen   oder einer anderen Kohlensäure absorbierenden Flüssigkeit in der Weise erfolgt, dass die Absorptionsflüssigkeit durch die kohlensäurehaltigen Gase mittels einer Vielzahl von Düsen bis zu einer Tröpfchengrösse von etwa 10-4 cm Durchmesser feinst vernebelt und diese Nebel dann durch elektrische Aufladung wieder kondensiert werden, wonach aus dem zum Teil flüssigen, zum Teil festen niedergeschlagenen Absorptionsprodukt die reine Kohlensäure durch Erhitzen   ausgetrieben, durch Abkühlung verflüssigt   und schliesslich in gebrauchsfertig unterteilte feste   Formstücke   übergeführt wird. 



   Im Einklang mit dem Verfahren wurde auch ein Absorptionsturm entworfen, der sich dadurch von der alten Konstruktion unterscheidet, dass er eine wesentlich geringere Höhe und keine Füllung besitzt. 



  Die oben erwähnten Düsen sind an der Decke des Absorptionsturmes angeordnet. 



   Aus später zu erläuternden Gründen wird der   Flüssigkeitsnebel auch noch elektrisch   aufgeladen werden. 



   Absorption von Gasen durch Zerstäubung und elektrische Niedersehlagarbeit sind an sich bekannt. 



  Die Vernebelung gemäss der Erfindung, d. h. bis zu einem solchen Grade zu zerteilen, wo sich die Teilchen nicht mehr setzen, sondern eine elektrische Aufladung erfordern, ist mit den bekannten Zerstäuben nicht zu vergleichen. 



   Nachdem die Lauge in dieser staubförmigen Form durch den Absorptionsturm geführt wurde, wird sie in einen Kanal geleitet, in welchem der Flüssigkeitsnebel zerstört und die Lauge gesammelt wird. Das Niederschlagen des Flüssigkeitsnebels wird durch die elektrische Ladung und Entladung desselben 

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 geladen sind, werden durch geeignete Einrichtungen durch Anziehung und Niederschlagung an Wänden entladen. Die unbrauchbaren,   CO2- und laugenfreien   Gasreste können nunmehr ins Freie geführt werden. 



   Die Lauge wird hierauf mit Wasser verdünnt und dem Auskoehsystem zugeführt. Das Auskochen dient zum Austreiben der Kohlensäure aus der Lauge durch Erhitzen. Die Rauchgase einer Industriefeuerung verlassen das Dampfkesselsystem mit etwa 250 bis   200  C. Um   die in den Rauchgasen enthaltene Wärme zum Auskochen der Kohlensäure ausnutzen zu können, wird in dem bestehenden Rauchgaskanal erfindungsgemäss ein   Wärmeübertragungssystem   eingebaut, das den Zug der Feuerung nicht wesentlich beeinträchtigt und die Gase nicht zu sehr abkühlen darf. 



   Durch diese Auskocherkonstruktion wird den Rauchgasen nur wenig Wärme entzogen und die Gase kühlen sich nur um etwa 40 bis   50  ab.   
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   flüssige   Kohlensäure durch   Druekentlastung   verfestigt. 



   Die mittels einer Kühlanlage bei etwa 7 Ata verflüssigte Kohlensäure wird nun   bei -500 C in   Eisformen geführt und unter Druckentlastung in festes Kohlensäureeis   übergeführt.   



   Der Erfindungsgedanke und die Wirkungsweise der einzelnen Einrichtungen ist in den Zeichnungen schematisch und beispielsweise veranschaulicht. 



   Fig. 1 zeigt die Anordnung der einzelnen Teile einer erfindungsgemässen Anlage zur Erzeugung von flüssiger und fester Kohlensäure beispielsweise aus Rauchgasen. Die Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene, der feinsten Vernebelung der Absorptionsflüssigkeit dienenden Düsenformen, Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Absorptionsturm gemäss der Erfindung, Fig. 5 einen Schnitt nach   IF-IV   der Fig. 4. Die Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Absorptionsturmes mit elektrischer Ladung und Entladung des Flüssigkeitsnebels und Fig. 7 in der linken Hälfte einen Schnitt nach Linie   VII-VII     und   in der rechten Hälfte einen Schnitt nach Linie   VIP-VIP der Fi-.   6. Die Fig.   8 und   9 zeigen die Kocher. 



  Fig. 9 ist ein Schnitt gemäss IX-IX der Fig. 8. 



   In Fig. 1 ist 1 der Rauchgaskanal mit seinen oberen und unteren Begrenzungswänden,'2 und 3. 



  4 ist ein Zweigkanal, 5 ein Rauchgasreiniger und 6 ein Ventilator. 7 ist der Absorptionsturm, in dessen oberen Teil Düsen 8 eingesetzt sind. Diese Düsen sind in die unteren Wände zweier Kammern 10 und 11 eingesetzt. Die eine Kammer steht durch die Leitung   12,   in die ein Kompressor 13 eingeschaltet ist, mit dem Ansaugstutzen des Ventilators 6 in Verbindung, während in die andere Kammer 11 die   Laugenleitunoli   einmündet.

   Der Absorptionsturm 1 geht unten in einen Kondensationsteil 16 und einen Abzug 17 für die nicht absorbierbaren Gase über. 18 ist eine Vorrichtung, welche die mit Kohlensäure gesättigte Absorp-   tionsflüssigkeit sammelt,@ 19   eine Leitung, durch die mittels der Pumpe   20   die mit   COs gesättigte Ab-   sorptionsflüssigkeit den Kochern   23-24 zugeführt   wird. 



   Im Rauchgaskanal, dessen Mauerwerk (Fig. 8 und 9) mit 2, 3 bzw. 2', 3'bezeichnet ist, sind Kocher 23, 24 eingebaut. Sie bestehen aus   zwei pfannenförmigen Obergefässen 25,   26 und einem kesselförmigen Untergefäss 27, die miteinander durch Heizrohre 28 verbunden sind. Die einzelnen Kocher stehen untereinander durch die Laugenleitungen 98 und 99 sowie durch die Kohlensäureleitung 29 in Verbindung. 



  Vom Kocher   24   führt eine Leitung 31 durch den Trockner 32 und einen Verdichter 33 in den KohlensäureVerflüssiger 34. Eine Leitung 35, die in Verbindung mit einem Injektor 36 steht, sorgt für die Aufrechterhaltung des Unterdruckes im Kühlraum des Verflüssigers 34. 37 ist der Auskocher, 40   derVerflüssier,   38 der Kondensator und 39 eine Zirkulationspumpe einer Ammoniakabsorptionskältemaschine. 41 ist ein der Verfestigung der Kohlensäure dienendes Gefäss. Dieses Gefäss steht durch eine Leitung 44 mit dem   Kohlensäureverflüssiger   in Verbindung, während eine Leitung 45, in die eine Drossel 46 eingeschaltet ist, 
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   Fig. 2 zeigt eine Düse aus keramischen oder einem anderen isolierenden Material,   u.   zw. ist   51   die Zuführung für die Lauge und 52 die Zuführung für das Pressgas. Die Düse ist im Boden 53 eingesetzt und in der richtigen Lage durch einen Flansch 54 gehalten. 55 ist eine in die   Mündungsöffnung   der Düse eingesetzte Elektrode, die über eine Leitung 56 mit der   Anschlussschraube   51 in Verbindung steht. 



   In Fig. 3 ist 58 die Wand des Absorptionsturmes und 59 ein in denselben eingesetzter Rost, der Öffnungen 61 aufweist. Die Düsen bestehen aus den äusseren Teilen 62, die bei 63 dicht untereinander verbunden sind. In die äusseren Teile ist der Einsatzteil 64 eingesetzt, der sieh durch Rippen 65 gegen den inneren Teil abstützt. Der Teil 64 sitzt in einer Platte 66, der sich gegen die Wand 58 abstützt. 67 ist der   Zuführungsstutzen   für die Absorptionsflüssigkeit. 



   In Fig. 4 sind   6'1   und 68 die Zuführungsstutzen für die Lauge und das Pressgas, 69 der für die gereinigten Rauchgase. Die Düsen 8 sind von Elektroden 55 umgeben. Diese Elektroden werden durch eine Zuführungsleitung   71   mit statischer Elektrizität aufgeladen. Der zweite Pol 12 der Elektrizitätsquelle ist mit einem System von Platten 73 in Verbindung, die gegen die übrigen Apparaturteile durch Isolatoren 74 isoliert sind. Die Lauge sammelt sich in einem Gefäss 75, das durch   Überströmlöeher 76   mit der Ableitung 19 in Verbindung steht ; 17 ist der Stutzen zur Ableitung der nicht absorbierbaren Gasreste.

   In Fig. 5 ist 58 die Wand des Absorptionsturmes,   während 73   die plattenförmigen Elektroden vorstellen, die   durehDistanz-   
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 distanziert und durch Isolatoren 82 gegen den Absorptionsturm isoliert sind. Die Leitungen 10 und 11 stehen durch Rohre 83 und 84 bzw. 85 und 86 mit den Düsen 8 in Verbindung. 87 ist ein Sehutzmantel, 88 der   Durehführungsisolator   durch denselben, 89 die Verbindungsleitung zwischen den Behältern 10 und 11 und der Elektrizitätsquelle, 90 der zweite Durchführungsisolator und 91 das elektrisch geladene Leitersystem im Unterteil des Absorptionsturmes. 



   Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende :
Die noch warmen Abgase einer Industriefeuerung oder einer anderen   CO-hältigen Anlage, z.   B. einer Brennkraftmaschine werden durch den Ventilator 6 (Fig. 1) durch den Reiniger 5, der als Entstauber zu denken ist, durchgesaugt und durch den Absorptionsturm   durchgepresst.   Der Kompressor 13 saugt über die Leitung 12 gereinigte Rauchgase an, die in den Raum 10 gelangen und durch die Düsen 8 ausströmen, dabei aus dem Raum 11 hochkonzentrierte Lauge mitreissen und diese infolge der besonderen Düsenbauart feinst vernebeln. Diese vernebelte Lauge bindet Kohlendioxyd, während die unbrauchbaren Bestandteile der Abgase, z. B. Stickstoff unverändert gelassen werden und durch das Abführungrohr 17 entweichen oder gegebenenfalls abgesaugt werden.

   Im Teile 16 des Absorptionsturmes wird der Nebel niedergeschlagen. Die so erhaltene, mit Kohlendioxyd angereicherte Lauge wird durch die Pumpe   : 20   in die Kocher   gedrückt   und dort unter dem Einfluss der Erwärmung, wobei nach dem Gegenstromprinzip 
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 Lauge zusammentreffen, so dass aus derselben der letzte Rest von Kohlensäure ausgetrieben wird. Das aus dem vorhergehenden Kocher ausgeschiedene Kohlendioxyd tritt durch ein dem Rohr 97 entsprechendes Rohr aus und im nächsten Kocher durch das Rohr 29 ein. Lauge und Kohlendioxyd bewegen sich in den Kochern ebenfalls im Gegenstrom. 



   Das so erhaltene   gasförmige wasserhältige   Kohlendioxyd wird durch das Rohr 31 dem Trockner 32 zugeführt, der in an sich bekannter Weise etwa mit   Chlorcalcium   gefüllt sein kann. Im Kompressor 33 wird das getrocknete Kohlendioxyd auf einen Druck von etwa 7 Ata verdichtet und im Verflüssiger. 34 verflüssigt. Die hiezu erforderliche   Kälte   liefert eine Ammoniakabsorptionsmaschine der besprochenen Bauart, bestehend aus einem Kocher   37,   einem Verflüssiger 40, einem Absorber 38, einer Pumpe 39 und einem Injektor 36. 



   Vom Kondensator. 34 gelangt die flüssige Kohlensäure durch die Leitung 44 in den Behälter 41. 



  Wird nun durch Öffnen der Drossel 46 im Behälter durch Druckentlastung der Atmosphärendruck hergestellt, so entsteht eine lebhafte Verdampfung, wodurch Wärme gebunden wird. Es wird dabei so viel Kohlensäure verdampfen gelassen, als für das Festwerden der flüssigen Kohlensäure im Behälter   41   Verdampfungskälte erforderlich ist. 



   Um ein Niederschlagen des feinen Nebels im Absorptionsturme zu ermöglichen, ist es notwendig, den Flüssigkeitsnebel elektrisch zu laden und die   Nebelteilchen   durch Niederschlagen an Platten   ent-   gegengesetzter Polarität zu kondensieren. 



   Um den Nebel elektrisch zu laden, kann man sich der in Fig. 2 oder 3 dargestellten Düsen bedienen 
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 erteilt. In Fig. 3 ist das Zuführungsrohr 64 für das Pressgas als Elektrode ausgebildet. 



   Gemäss Fig. 4 und 5 ist der zweite Pol als ein System von aufrecht stehenden Platten ausgebildet, deren Entfernung voneinander so klein ist, dass die auf die Nebelteilchen ausgeübte Anziehungskraft gross genug ist, um die Teilchen aus ihrer Bahn abzulenken und an den Platten niederzuschlagen. Das Kondensat tropft an den Platten ab und sammelt sich im   Behälter 75,   während der unbrauchbare Abgasrest durch den Stutzen 17 abgeführt wird. 



   Gemäss den Fig. 6 und 7 erfolgt die Ladung des Nebels derart, dass die Düsen zur Gänze ebenso wie die Zuführungsleitung für Pressgas und Lauge elektrisch geladen sind. Hiezu ist es erforderlich, alle diese Teile von den übrigen Apparateteilen zu isolieren, was durch die Isolatoren 82 und durch nicht dargestellte isolierende Zwischenstücke in den Zuführungsleitungen für Lauge und Pressgas geschieht. Ebenso ist es notwendig, Vorkehrungen zu treffen, damit nicht die Lauge selbst als Ableitung wirkt. Fig. 7 lässt deutlich die grosse Zahl der Verwendung findenden Düsen erkennen. An Stelle der aufrecht stehenden Platten 91 können ebenso irgendwelche andere Elemente zu einem geladenen System vereinigt werden, wie z. B. Stäbe, Rohre u. dgl.

   Durch geeignete Krümmung dieser Elemente kann dem Flüssigkeitsnebel im unteren Teile des Turmes eine Drehbewegung erteilt werden, was beispielsweise durch schraubenförmig gekrümmte Platten 91 möglich ist. Es hat dies den Vorteil, dass dadurch eine, einer Zentrifuge ähnliche, die Kondensation erleichternde Wirkung hervorgerufen wird. 



   Ist die gesättigte Lauge durch die Kocher von Kohlendioxyd befreit, so wird sie neuerdings dem Absorptionsturm zugeführt. Das gereinigte und getrocknete Kohlendioxyd wird hingegen verflüssigt und dann in die Behälter   41   abgefüllt. 



   Das Verfahren eignet sich wegen seiner Wirtschaftlichkeit auch zur Verarbeitung anderer, auch kohlensäurearmer Abgase, wie z. B. der warmen Abgase einer Verbrennungskraftanlage. Sollen die kalten Abgase einer chemischen Umsetzung, z. B. eines Gärungsprozesses oder auch Gas einer   natürlichen   Kohlen- 

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   säurequelle   verarbeitet werden, so können im Sinne der Erfindung die   wärmeverbrauchenden   Teile der Anlage in irgendeinen Rauchgaskanal oder sonstigen Wärme abgebenden Teil einer fremden Feuerung od. dgl. eingebaut werden. 



     PATENT-ANSPRÜCHE   :
1. Verfahren zur Gewinnung von fester Kohlensäure aus kohlensäurehaltigen Abgasen unter Absorption der Kohlensäure in Alkalikarbonatlösungen oder einer anderen Kohlensäure absorbierenden Flüssigkeit, Wiederaustreiben aus dieser und Abkühlen der erhaltenen reinen Kohlensäuregase bis zur Verflüssigung bzw.

   zum Festwerden, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Absorption der Kohlensäure unter Verwendung hochkonzentrierter   Alkalikarbonatlösungen   oder einer anderen Kohlensäure absorbierenden   Flüssigkeit   in der Weise erfolgt, dass die Absorptionsflüssigkeit durch die   kohlensäure-   haltigen Gase mittels einer Vielzahl von Düsen bis zu einer   Tröpfchengrösse   von etwa   10-1   cm Durchmesser feinst vernebelt und diese Nebel dann durch elektrische Aufladung wieder kondensiert werden, wonach aus dem zum Teil flüssigen, zum Teil festen niedergeschlagenen Absorptionsprodukt die reine Kohlensäure durch Erhitzung ausgetrieben, durch Abkühlung verflüssigt und schliesslich in gebrauchsfertig unterteilte, feste   Formstüeke   übergeführt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption der in den Abgasen enthaltenen Kohlensäure in einem Absorptionsgefäss ('1) erfolgt, das in seinem Innern, zweckmässig an der Decke, eine grosse Anzahl von Düsen (8) enthält, durch welche die Absorptionslauge mittels unter Überdruck stehender Rauchgase feinst vernebelt wird und die Hauptabgaszufuhr im Gleichstrom erfolgt, worauf die Wiedervereinigung der vernebelten, mit Kohlensäure gesättigten Flüssigkeitsteilchen vorwiegend im unteren Teil des Absorptionsgefässes stattfindet. EMI4.1 sehlagens, vorzugsweise im oberen Teil des Absorptionsturmes, elektrisch geladen und in dessen unterem Teil entladen wird.
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwendung findende elektrische Spannung den Wert von 10.000 Volt nicht übersehreitet.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kohlensäure gesättigte und zweckmässig mit Wasser verdünnte Absorptionslauge aufeinanderfolgend mehreren Kochapparaten (23. 24) zugefiihrtwird, die durch ein in den Rauchgaskanal (1) od. dgl. eingebautes Wärmeübertragungssystem ) erhitzt werden, wobei die Kohlensäure aus der Absorptionslauge ausgetrieben wird.
    6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absorptionsanlage (1-15), eine Kochanlage (2, 3-29) und eine Verfestigungsanlage (32-49) zur Ausfrierung der festen Kohlensäure vorgesehen sind, die untereinander durch geeignete mit Fördereinrichtungen versehene Leitungen in Verbindung stehen.
    7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorptionsturm ('1) eine grosse Zahl von Düsen (8) mit Zuführungen für Lauge (15) und komprimiertes Abgas (l, 2), und Mittel zur elektrischen Ladung und Entladung des Flüssigkeitsnebels aufweist, und mit einem Ende über einen Venti- EMI4.2 in die ein Verdichter (13) eingeschaltet ist, eine Verbindung zwischen den Düsen (8) des Absorptionsturmes (7) und dem Zuführungsstutzen für gereinigtes Abgas herstellt, während das andere Ende des Absorptionsturmes (1) Mittel (16) zur Niederschlagung des Flüssigkeitsnebels, eine Abzugöffnung (17)
    für die nicht absorbierten Bestandteile der Abgase und eine mit einer Förderpumpe (20) versehene Abfuhrleitung für die mit CO2 gesättigte Absorptionsflüssigkeit aufweist.
    8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kochanlage (23, : 24) in den Rauehgaskanal od. dgl. eingebaut ist und mit Leitungen mit dem Absorptionsturm (7) in Verbindung steht, derart, dass ein ständiger Kreislauf der Lauge durch Kocher (23, 24) und Absorptionsturm ermöglicht wird.
    9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Vernebelung und elektrischen Ladung der Absorptionsflüssigkeit Düsen vorgesehen sind, die von den übrigen Apparaturteilen isolierte Elektroden (55, 64) geeigneter Form aufweisen, um EMI4.3 10.
    Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass geeignete Düsen (8) normaler Bauart mit den elektrisch geladenen ZufÜhrungen (10, 11) für Pressgas und Absorptionsflüssigkeit elektrisch leitend verbunden sind, diese Zuführungsleitungen jedoch gegen die übrige Apparatur isoliert sind und weiters Mittel vorgesehen sind, die ein Abfliessen des elektrischen Potentials durch die zuströmende Lauge selbst vermeiden.
    11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Zuführungen der EMI4.4 12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Entladung im Absorptionsturm (7) ein aus elektrisch geladenen Leiterelementen (91. 73) EMI4.5
AT133644D 1932-01-15 1932-01-15 Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von flüssiger und fester Kohlensäure aus Abgasen. AT133644B (de)

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