AT521381A4

AT521381A4 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer Elektrolytlösung

Info

Publication number: AT521381A4
Application number: ATA50630/2018A
Authority: AT
Original assignee: Pro Aqua Diamantelektroden Produktion Gmbh & Co Kg
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2020-01-15
Also published as: AT521381B1; DE112019003632A5; WO2020016012A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer basischen wässrigen Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit, welche zumindest eine Verbindung aus der Gruppe Lithium-, Natrium- oder Kalium-Carbonat oder Lithium-, Natrium- oder Kalium-Hydroxid enthält und welche in zumindest einem Gaswäscher (2) mit einem zu reinigenden Gas (1) in Kontakt gebracht und nach der Gaswäsche aus dem Gaswäscher (2) abgeleitet wird, wobei zumindest ein Teilstrom (TS1) der beladenen Elektrolytlösung gemäß folgenden Regenerationsschritten kontinuierlich regeneriert wird: a) Einleiten der Elektrolytlösung in zumindest eine als Durchflusszelle konzipierte Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6‘‘, 6‘‘‘, 6‘‘‘‘) mit einem Anodenraum (10), einem Kathodenraum (9) und zumindest einer zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) befindlichen ionenselektiven Membran (8, 16), b) Bildung einer basischen wässrigen Elektrolytlösung zumindest im Kathodenraum (9) unter elektrolytischer Wasserspaltung und Zurückleiten der gebildeten Elektrolytlösung zum Gaswäscher (2), c) Bildung von Phosphorsäure oder Salpetersäure im Anodenraum (10), wobei Phosphorsäure bzw. Salpetersäure in einem eigenen Kreislauf durch den Anodenraum (10) geleitet wird, oder Bildung von Phosphat(en) oder Nitrat(en) im Anodenraum (10), welche als Kation oder eines der Kationen der Waschflüssigkeit aufweist bzw. aufweisen, wobei das bzw. die Phosphat(e) oder das bzw. die Nitrat(e) mit der aus dem Kathodenraum (9) abgeleiteten Elektrolytlösung vereint und gemeinsam zum Gaswäscher (2) zurückgeleitet wird bzw. werden, wobei die ionenselektive Membran während der Schritte b) und c) zumindest von Phosphat-Anionen, Nitrat-Anionen oder von Kationen der Waschflüssigkeit passiert wird und wobei vor Schritt a) und/oder während Schritt b) und Schritt c) und/oder nach Schritt c) Kohlenstoffdioxid aus der Elektrolytlösung abgetrennt wird.

Description

Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer basischen wässrigen Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit, welche zumindest eine Verbindung aus der Gruppe Lithium-, Natrium- oder Kalium-Carbonat oder Lithium-, Natrium- oder Kalium-Hydroxid enthält und welche in zumindest einem Gaswäscher (2) mit einem zu reinigenden Gas (1) in Kontakt gebracht und nach der Gaswäsche aus dem Gaswäscher (2) abgeleitet wird, wobei zumindest ein Teilstrom (TSi) der beladenen Elektrolytlösung gemäß folgenden Regenerations schritten kontinuierlich regeneriert wird:

a) Einleiten der Elektrolytlösung in zumindest eine als Durchflusszelle konzipierte Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6“, 6‘“, 6““) mit einem Anodenraum (10), einem Kathodenraum (9) und zumindest einer zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) befindlichen ionenselektiven Membran (8, 16),

b) Bildung einer basischen wässrigen Elektrolytlösung zumindest im Kathodenraum (9) unter elektrolytischer Wasserspaltung und Zurückleiten der gebildeten Elektrolytlösung zum Gaswäscher (2),

c) Bildung von Phosphorsäure oder Salpetersäure im Anodenraum (10), wobei Phosphorsäure bzw. Salpetersäure in einem eigenen Kreislauf durch den Anodenraum (10) geleitet wird, oder

Bildung von Phosphat(en) oder Nitrat(en) im Anodenraum (10), welche als Kation oder eines der Kationen der Waschflüssigkeit aufweist bzw. aufweisen, wobei das bzw. die Phosphat(e) oder das bzw. die Nitrat(e) mit der aus dem Kathodenraum (9) abgeleiteten Elektrolytlösung vereint und gemeinsam zum Gaswäscher (2) zurückgeleitet wird bzw. werden, wobei die ionenselektive Membran während der Schritte b) und c) zumindest von Phosphat-Anionen, Nitrat-Anionen oder von Kationen der Waschflüssigkeit passiert wird und wobei vor Schritt a) und/oder während Schritt b) und Schritt c) und/oder nach Schritt c) Kohlenstoffdioxid aus der Elektrolytlösung abgetrennt wird.

1/41 pro aqua Diamantelektroden Produktion GmbH & Co KG PA 8750 AT

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer Elektrolytlösung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer basischen wässrigen Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit.

Es ist bekannt und üblich, Gaswäscher zur Reinigung von Gasen bzw. Gasgemischen, insbesondere zur Reinigung von Abgasen, einzusetzen. In Gaswäschern wird das Gas bzw. Gasgemisch mit einer Lösung in Kontakt gebracht, um derart feste, flüssige oder gasförmige Bestandteile des Gases bzw. Gasgemisches in die Waschflüssigkeit aufzunehmen. Beispielsweise werden mittels Gaswäscher in Rauch suspendierte Eeststoffpartikel oder in Gasen suspendierte Elüssigkeitspartikel voneinander getrennt. Bekannt ist beispielsweise auch der Einsatz von Gaswäschern zur Absorption von im Rauchgas enthaltenen Schwefeldioxid.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der AT 519 109 Bl bekannt. Die Elektrolytlösung wird nach der Gaswäsche durch folgende nacheinander ablaufende Schritte regeneriert:

• Hydrolysieren der in der Elektrolytlösung enthaltenen organischen Verbindungen, • Elektrochemisches Konvertieren der Elektrolytlösung in einer

KonvertierungsVorrichtung, wobei organische Verbindungen zumindest unter der Bildung von Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und Wasserstoff abgebaut und die entstehenden Gase abgeleitet werden, • Rückgewinnung einer regenerierten Elektrolytlösung in einer Vorrichtung zur Deionisation- und Desorption von Ionen, wobei an einer als Kathode dienenden dreidimensionalen Elektrode Kationen aus der Elektrolytlösung adsorbiert werden und durch Umpolung der dreidimensionalen Elektroden mit einer Hilfselektrode die

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Kationen aus den Elektroden desorbiert sowie mit Hydroxid-Ionen zur regenerierten

Elektrolytlösung umgesetzt werden, • Rückführung der regenerierten Elektrolytlösung zum Gaswäscher.

Die aus der AT 518 109 Bl bekannte Vorrichtung umfasst daher einen Gaswäscher, eine KonvertierungsVorrichtung und eine Vorrichtung zur Deionisation- und Desorption.

Das Verfahren und die Vorrichtung, welche aus der AT 519 109 Bl bekannt sind, sind nur mit einem relativ hohen technischen und apparativen Aufwand realsiebar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche mit wesentlich geringerem technischen Aufwand als das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung ein kontinuierliches Regenerieren der als Waschlösung verwendeten Elektrolytlösung auf zuverlässige Weise ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer basischen wässrigen Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit, welche zumindest eine Verbindung aus der Gruppe Lithium-, Natrium- oder Kalium-Carbonat oder Lithium-, Natrium- oder Kalium-Hydroxid enthält und welche in zumindest einem Gaswäscher mit einem zu reinigenden Gas in Kontakt gebracht und nach der Gaswäsche aus dem Gaswäscher abgeleitet wird, wobei zumindest ein Teilstrom der beladenen Elektrolytlösung gemäß folgenden Regenerations schritten kontinuierlich regeneriert wird:

a) Einleiten der Elektrolytlösung in zumindest eine als Durchflusszelle konzipierte Elektrodialysezelle mit einem Anodenraum, einem Kathodenraum und zumindest einer zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum befindlichen ionenselektiven Membran,

b) Bildung einer basischen wässrigen Elektrolytlösung zumindest im Kathodenraum unter elektrolytischer Wasserspaltung und Zurückleiten der gebildeten Elektrolytlösung zum Gaswäscher,

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c) Bildung von Phosphorsäure oder Salpetersäure im Anodenraum, wobei

Phosphorsäure bzw. Salpetersäure in einem eigenen Kreislauf durch den

Anodenraum geleitet wird, oder

Bildung von Phosphat(en) oder Nitrat(en) im Anodenraum, welche als Kation das Kation oder eines der Kationen der Waschflüssigkeit aufweist bzw. aufweisen, wobei das bzw. die Phosphat(e) oder das bzw. die Nitrat(e) mit der aus dem Kathodenraum abgeleiteten Elektrolytlösung vereint und gemeinsam zum Gaswäscher zurückgeleitet wird bzw. werden, wobei die ionenselektive Membran während der Schritte b) und c) zumindest von Phosphat-Anionen, Nitrat-Anionen oder von Kationen der Waschflüssigkeit passiert wird und wobei vor Schritt a) und/oder während Schritt b) und Schritt c) und/oder nach Schritt c) Kohlenstoffdioxid aus der Elektrolytlösung abgetrennt wird.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit mit einem Gaswäscher, zumindest einer als Durchflusszelle konzipierten Elektrodialysezelle mit einem Anodenraum, einem Kathodenraum und zumindest einer zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum befindlichen ionenselektiven Membran, welche zumindest von Kationen der Waschlösung oder zumindest von Phosphat-Anionen oder Nitrat-Anionen passierbar ist, wobei die aus dem Gaswäscher stammende Elektrolytlösung durch die Elektrodialysezelle durchleitbar und von dieser zum Gaswäscher leitbar ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die wesentlichen Verfahrensschritte gegenüber dem aus der AT 519 109 Bl bekannten Verfahren technisch einfacher durchführbar, sodass auch die zugehörige Vorrichtung einen deutlich einfacheren Aufbau aufweist. Dies wird insbesondere durch den Einsatz einer als Durchflusszelle konzipierte Elektrodialysezelle mit einer ionenselektiven Membran erreicht. Im Gegensatz zur Vorrichtung aus der AT 519 109 Bl, welche zwei hintereinandergeschaltete „elektrochemische Einheiten“, nämlich eine Konvertierungseinheit und eine Deionisations- und Desorptionseinheit, umfasst, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bereits mit einer einzigen

4/41 „elektrochemischen Einheit“, nämlich der Elektrodialysezelle betrieben werden. Im Kathodenraum der Elektrodialysezelle wird die als Waschflüssigkeit dienende Elektrolytlösung zurückgewonnen. Dabei werden aus der Elektrolytlösung entweder Anionen „herausgezogen“, wobei die Anionen eine anionenselektive Membran passieren, oder es werden in die Elektrolytlösung Kationen „hineingeschoben“, wobei die Kationen aus der entsprechend „benachbart“ zur als Waschflüssigkeit dienenden Elektrolytlösung geführten Lösung stammen und eine kationenselektive Membran passieren. Derart lassen sich bei kontinuierlicher Betriebsweise, also im Durchfluss, Säuren und Basen bzw. entsprechende Salze zurückgewinnen, sodass auch die Waschlösung zurückgewonnen bzw. regeneriert wird. Ferner kann im Gegensatz zur AT 519 109 Bl auf den „Hydrolyseschritt“ verzichtet werden. Eine Hydrolyse ist nämlich insbesondere dann von Vorteil, wenn „hartnäckige“ Verunreinigung in der Elektrolytlösung aufgeschlossen werden müssen. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise als Klimaanlage betrieben, ist ein Hydrolyseschritt nicht erforderlich.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrens Variante wird die Elektrolytlösung vor Schritt a) in einen Entgaser eingeleitet und in diesem mit Phosphorsäure oder Salpetersäure vermischt, welche insbesondere ein Teilstrom der gemäß Schritt c) gebildeten und in einem eigenen Kreislauf durch den Anodenraum geleiteten Phosphorsäure oder Salpetersäure ist, wobei entstehendes Kohlenstoffdioxid aus dem Entgaser abgeleitet wird. Ein solcher Entgaser ist von Vorteil, wenn stark mit Kohlenstoffdioxid belastetes Gas gewaschen wird. Größere Mengen an Kohlenstoffdioxid, welche bei der Regeneration der Elektrolytlösung in der Elektrodialysezelle freigesetzt werden, könnten nämlich die elektrodialytische Regeneration stören. Dies wird durch den Entgaser auf besonders zuverlässige Weise verhindert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrens Variante weist die zur Gaswäsche verwendete basische wässrige Elektrolytlösung einen pH-Wert von mindestens 12,0, vorzugsweise von > 13,0 auf. Ein solcher pH-Wert unterdrückt das Wachstum von Keimen, hält die Vorrichtung somit steril und sorgt für ein besonders reines gewaschenes Gas.

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Es ist nicht erforderlich, die gesamte aus dem Gaswäscher austretende Elektrolytlösung gemäß der Schritte a) bis c) zu regenerieren. Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom der Elektrolytlösung, welcher gemäß den Schritten a) bis c) regeneriert wird, 1% bis 30%, bevorzugt zumindest 10%, der beladenen Elektrolytlösung umfasst. Es ist somit in den meisten Fällen für eine einwandfreie Gaswäsche vollkommen ausreichend, einen solchen Teilstrom der Waschlösung zu regenerieren. Die genaue Größe des Teilstromes wird insbesondere an die „Regenerationsleistung“ der Elektrodialysezelle und die CCE-AbScheideleistung des Gaswäschers angepasst.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrens Variante wird die Elektrolytlösung beim Einbringen in den Gaswäscher, insbesondere mittels Leitungsionisation- oder Koronaionisation, elektrostatisch aufgeladen und an im Gaswäscher angeordneten Ab Scheideelektroden abgeschieden sowie anschließend zur nachfolgenden Regeneration abgeleitet. Dadurch wird die Elektrolytlösung im Wesentlichen vollständig vom gereinigten Gas abgetrennt, was insbesondere für eine optional vorgesehene UV-Bestrahlung des Gases von Vorteil ist.

Es ist somit ferner bevorzugt, wenn das Gas unmittelbar vor oder unmittelbar nach der Gaswäsche UV-Strahlung, insbesondere UV-Strahlung mit einer Wellenlänge < 200 nm, bevorzugter Weise einer Wellenlänge von 185 nm, ausgesetzt wird. Durch die UVStrahlung werden vor allem in der Elektrolytlösung schlecht sorbierbare organische Verbindungen durch Photolyse vollständig oder teilweise oxidiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrens Variante werden vor den Schritten a) bis c) aus der Elektrolytlösung mittels einer mechanischen Trenneinrichtung in der Elektrolytlösung nicht gelöste anorganische Stoffe, welche von der Elektrolytlösung bei der Gaswäsche aufgenommen wurden, abgeschieden. Zu solchen anorganischen Stoffen zählen beispielsweise Sand oder Haare.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrens Variante ist das zu reinigende Gas, welches im Gaswäscher mit der Elektrolytlösung in Kontakt gebracht wird, Raumluft. Eine

6/41 entsprechende Kombination der nachfolgend erwähnten, bevorzugten Varianten ermöglicht eine Klimatisierung der Raumluft, sodass zusätzlich zur Luftbehandlung über die bereits erwähnte Gaswäsche die Lufttemperatur und der Luftfeuchte eingestellt werden.

Ein Einstellen der Temperatur wird ermöglicht, wenn das Gas während der Gaswäsche mittels der Elektrolytlösung gekühlt oder erwärmt wird. Dies erfolgt insbesondere vor der Gaswäsche über Heiz/Kühlvorrichtungen sowie alternativ oder ergänzend mittels einer Kältemaschine oder mittels adiabater Abkühlung, insbesondere durch eine Verdunstung von Wasser der Elektrolytlösung.

Die Luftfeuchte wird über die lonenkonzentration der regenerierten Elektrolytlösung geregelt. Diese wird bevorzugter Weise dadurch eingestellt, dass der Elektrolytlösung vor der Gaswäsche zur Änderung ihrer lonenkonzentration Wasser zugeleitet oder entzogen wird.

Eine bevorzugte Variante der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodialysezelle zumindest zwei ionenselektive Membranen und zumindest eine zwischen diesen positionierte bipolare Membran aufweist, sodass sich zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum zwei durch die bipolare Membran voneinander getrennte Elektrolysekammern mit je einem Einlass und einem Auslass befinden. Eine solche Elektrodialysezelle zeichnet sich durch ihre kompakte Bauweise aus und ermöglicht einen hohen Durchsatz der zu regenerierenden Elektrolytlösung.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung eine Heiz/Kühlvorrichtung aufweist, über welche die aus dem Gaswäscher abgeleitete Elektrolytlösung im Gegenstrom zur regenerierten Elektrolytlösung führbar ist. Solche Heiz/Kühlvorrichtung weisen im Allgemeinen eine geringe Größe auf, können daher auf einfache Weise in der Nähe des Gaswäschers positioniert werden und tragen dadurch dazu bei, die Elektrolytlösung mit der gewünschten Temperatur in den Gaswäscher aufzugeben.

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Ist die Vorrichtung zum Waschen von Gasen mit hohem Kohlenstoffdioxid-Gehalt vorgesehen, ist es vorteilhaft, wenn sie einen der Elektrodialysezelle vorgeschalteten

Entgaser zum Austreiben von Kohlenstoffdioxid aus der Waschflüssigkeit aufweist.

Ist die Vorrichtung zum Waschen von partikelhaltigen Gasen vorgesehen, ist es ferner vorteilhaft, wenn sie eine dem Gaswäscher und gegebenenfalls dem Entgaser vorgeschaltete mechanische Trenneinrichtung zum Abtrennen von in der Elektrolytlösung nicht lösbaren anorganischen Verunreinigungen aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten VorrichtungsVariante ist der Gaswäscher als Bodenkolonne, als Füllkörperkolonne, als Packungskolonne oder als Plattenwäscher ausgeführt. Solche Gaswäscher zeichnen sich durch besonders hohe Kontaktflächen für das zu waschende Gas und die Waschflüssigkeit aus, wodurch die Gaswäsche besonders effizient durchführbar ist.

Bevorzugter Weise weist die Vorrichtung eine Heiz/Kühlvorrichtung auf, über welchen die aus dem Gaswäscher abgeleitete Elektrolytlösung im Gegenstrom zur regenerierten Elektrolytlösung führbar ist.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung eine Heiz/Kühlvorrichtung zum Heizen bzw. Kühlen der regenerierten Elektrolytlösung aufweist.

Ebenfalls ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung eine Einheit zum Aufkonzentrieren der Elektrolytlösung aufweist.

Insbesondere weist die Vorrichtung ferner ein kontinuierliches Leitfähigkeitsmessgerät und/oder ein kontinuierliches Dichtemessgerät, insbesondere einen Biegeschwinger, zur Bestimmung der lonenkonzentration der Elektrolytlösung auf.

Sind die Vorrichtungsmerkmale vorhanden, welche ein Temperieren von Luft und ein Einstellen der Feuchte in der Luft ermöglichen, kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Klimaanlage betrieben werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Klimaanlagen mit

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Wärmetauschern, an deren festen Oberflächen der in der Raumluft enthaltene Wasserdampf auskondensiert, sodass diese Oberflächen ständig feucht gehalten werden, wird bei einem Entfeuchten mittels des Gaswäschers der aus der Raumluft in der Elektrolytlösung adsorbierte Wasserdampf zügig abtransportiert. Der hohe pH-Wert der Elektrolytlösung unterdrückt besonders wirkungsvoll das Wachstum von Keimen, bei einem pH-Wert von mindestens 12 ist die Waschlösung im Wesentlichen steril, sodass die Vorrichtung im Wesentlichen keimfrei gehalten wird. Dadurch ist der Wartungsaufwand wesentlich geringer als bei herkömmlichen Klimaanlagen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung und anhand von Beispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig.l ein vereinfachtes schematisches Fließbild einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Elektrodialysezelle gemäß einer ersten Variante,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Elektrodialysezelle gemäß einer zweiten Variante,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Elektrodialysezelle gemäß einer dritten Variante,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Elektrodialysezelle gemäß einer vierten Variante,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Elektrodialysezelle gemäß einer fünften Variante und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Elektrodialysezelle gemäß einer sechsten Variante.

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Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung einer Gaswäsche mittels einer Elektrolytlösung und wird nachfolgend anhand von Beispielen 1 bis 3 und anhand von Ausführungsvarianten, welche von diesen Beispielen abweichen, erläutert. Im Rahmen von Beispiel 1 wird eine Variante des Verfahren schrittweise erläutert, wobei die zugehörige Variante der Vorrichtung bzw. ihre Bestandteile in einer auf die Reihenfolge der Schritte des Verfahrens abstimmten Weise beschrieben wird bzw. werden.

Beispiel 1 - Vorrichtung zum Temperieren, Ent- und Befeuchten und Reinigen von Raumluft

Raumluft unterliegt fortlaufend einem gewissen Eintrag von Verunreinigungen und/oder Schadstoffen. Zu diesen zählen beispielsweise vom Menschen ausgeatmetes Kohlenstoffdioxid (ca. 800 g pro Person und Tag) oder etwaige aus Möbeln oder Fußböden stammende flüchtige organische Verbindungen - sogenannte „VOCs“, (volatile organic compounds) - wie beispielsweise Lösungsmitteldämpfe. Insbesondere das sich in der Raumluft ansammelnde Kohlenstoffdioxid beeinträchtigt die Qualität der Raumluft maßgeblich. Steigt die Kohlenstoffdioxidkonzentrationen über einen längeren Zeitraum über 1500 ppm, hat dies die bekannten physiologischen Wirkungen, wie beispielsweise Atemdepression, Kopfschmerzen oder Schwindel. Ferner verliert jeder Mensch pro Tag ca. 1kg Wasser in Form von Schweiß, welcher als „belasteter“ Wasserdampf in die Raumluft eingetragen wird. In der Raumluft sammelt sich ferner Staub, bestehend aus unterschiedlichen Partikeln, beispielsweise Rußpartikeln, Kunststoffteilchen, abgestorbenen Hautschuppen, Bakterien, Schimmelpilzsporen, feine Haare oder Fusseln aus Kleidungsstücken. Insbesondere in industriellen Produktionsgebäuden unterliegt die Raumluft einem besonders hohen Eintrag an derartigen Verunreinigungen, sodass es in solchen Gebäude zweckmäßig ist, die Raumluft fortlaufend zu erneuern oder zu reinigen.

Nachfolgend wird die Funktionsweise einer erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung anhand des in Fig. 1 gezeigten schematischen Fließbildes schrittweise erläutert. An den Fließlinien des Fließbildes sind Pfeile, welche die Strömungsrichtungen andeuten, und

10/41 einige chemische Summenformeln zum besseren Verständnis der Funktionsweise der

Vorrichtung angebracht.

Gemäß der europäischen Richtlinie zur Gebäude-Energieeffizienz EPBD kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Beispiel 1 als Klimaanlage aufgefasst bzw. bezeichnet werden. Entsprechend dieser Richtlinie ist eine Klimaanlage „eine Kombination aus sämtlichen Bauteilen, die zur Bereitstellung einer Form der Luftbehandlung erforderlich sind, bei der die Temperatur, eventuell in Kombination mit Lüftung, Luftfeuchte und Luftreinheit, geregelt wird“.

1. Schritt - Gaswäsche

Wie in Fig. 1 angedeutet ist, wird die zu behandelnde Raumluft 1 in einen Gaswäscher 2 eingeleitet, insbesondere von diesem angesaugt. Der Gaswäscher 2 wird kontinuierlich mit einer als Waschflüssigkeit dienenden wässrigen basischen Elektrolytlösung versorgt, welche, wie ebenfalls in Fig. 1 angedeutet, in den Gaswäscher 2 eingesprüht wird und derart in diesem fein verteilte Tröpfchen bildet. Abweichend von der in Fig. 1 gezeigten Variante ist es besonders bevorzugt, wenn die Raumluft 1 im Gegenstrom zur Elektrolytlösung geführt wird.

Die Elektrolytlösung ist insbesondere eine wässrige Lösung aus Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat, nachfolgend als Kaliumhydroxid/Kaliumcarbonat-Lösung bezeichnet, welche einen pH-Wert von mindestens 12, vorzugsweise > 13, aufweist. Der hohe pH-Wert der Elektrolytlösung ist von Vorteil, da dadurch das Wachstum von Keimen in der Vorrichtung unterdrückt wird. Bevorzugter Weise wurde die jeweils in den Gaswäscher 2 geleitete Kaliumhydroxid/Kaliumcarbonat-Lösung durch Lösen von Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat hergestellt, wobei die Gesamtmenge an Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat derart gewählt ist, dass die Lösung entweder gesättigt ist oder die Konzentration von Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat nahe der Löslichkeitsgrenze liegt. Insbesondere beträgt der Anteil an Kaliumhydroxid in der Lösung 1,0% bis 10,0% (Mas senprozent).

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Während der Gaswäsche werden in der Raumluft 1 vorhandene Verunreinigungen an der Oberfläche der eingesprühten Elektrolytlösung adsorbiert (Chemisorption), sodass die Raumluft 1 gereinigt wird. Beispielsweise werden in der Raumluft 1 enthaltene Staubpartikel, gasförmige organische Verbindungen, insbesondere VOCs oder saure Gase, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff oder Stickoxide von der Elektrolytlösung adsorbiert. Insbesondere wird in der Raumluft 1 enthaltenes Kohlenstoffdioxid chemisch an Kaliumhydroxid der Elektrolytlösung gebunden. Die Menge an aus der Raumluft 1 abgeschiedenem Kohlenstoffdioxid ist insbesondere vom pH-Wert der Elektrolytlösung und der Verweilzeit der Raumluft 1 im Gaswäscher 2 abhängig. Die Verweilzeit entspricht bekannter Weise dem Quotienten aus Reaktorvolumen und dem aus dem Reaktor austretenden Volumenstrom, sodass sich die Verweilzeit bei Beispiel 1 aus dem Volumen des Gaswäschers 2 und dem aus dem Gaswäscher 2 austretenden Volumenstrom der gereinigten Raumluft 1 ergibt. Zwischen der Verweilzeit der Raumluft 1 im Gaswäscher 2 und der Kohlenstoffdioxidkonzentration in der aus dem Gaswäscher 2 austretenden Raumluft besteht ein weitgehend logarithmischer Zusammenhang, wobei die Kohlenstoffdioxidkonzentration umso geringer ist, je länger die Verweilzeit ist.

Das in der Raumluft 1 enthaltene Kohlenstoffdioxid reagiert mit dem Kaliumhydroxid der Kaliumcarbonat/Kaliumhydroxid-Lösung zunächst zu Kaliumcarbonat (Gleichung I), welches seinerseits mit Wasser weiter zu Kaliumhydrogencarbonat reagiert (Gleichung II):

KOH + CO₂ K2CO3 + H₂O Gleichung I

K2CO3 + H₂O KHCO3 + KOH Gleichung II

In der Elektrolytlösung liegt ein vom pH-Wert abhängiges Gleichgewicht zwischen Hydroxid-, Carbonat- und Hydrogencarbonat- Verbindungen bzw. Ionen vor. Auf Grund des hohen pH-Wertes der Elektrolytlösung liegt das Gleichgewicht der Gleichung II vorteilhafterweise auf der Seite des Kaliumcarbonates, wodurch die Löslichkeitsgrenze des Kaliumhydrogencarbonates nicht überschritten wird.

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Der Gaswäscher 2 ist gemäß einer bevorzugter Varianten als Bodenkolonne, als

Füllkörperkolonne oder als Packungskolonne bzw. als „Plattenwäscher“ mit einer Anzahl parallel zueinander ausgerichteter Platten ausgeführt ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante wird die Elektrolytlösung im Gaswäscher 2 während des Einsprühens elektrostatisch aufgeladen, beispielsweise mittels einer Hochspannungsquelle über eine Leitungsionisation oder mittels Koronaionisation. Die mit Verunreinigungen beladene fein verteilte elektrolysierte Elektrolytlösung wird an im Gaswäscher 2 angeordneten, insbesondere lamellenförmigen Abscheideelektroden (in Fig. 1 nicht dargestellt) abgeschieden und nachfolgend abgeleitet. Der Abstand zwischen den lamellenförmigen Ab Scheideelektroden liegt im Millimeterbereich und beträgt insbesondere bis zu 10,0 mm. Durch elektrostatisches Aufladen und nachfolgendes Abscheiden der Elektrolytlösung an Ab Scheideelektroden wird die Elektrolytlösung im Wesentlichen vollständig von der gereinigten Raumluft 1 abgetrennt, was für die nachfolgend optional vorgesehene UV-Bestrahlung der Raumluft 1 von Vorteil ist.

Gemäß dieser optionalen Ausführungsvariante wird aus dem Gaswäscher 2 ausgeleitete Raumluft 1 UV-Stahlen mit einer Wellenlänge < 200 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von etwa 185 nm, ausgesetzt. Durch die hochenergetische UV-Strahlung werden vor allem in der Elektrolytlösung schlecht sorbierbare organische Verbindungen durch Photolyse vollständig oder teilweise oxidiert. In Verbindung mit dem in der Raumluft 1 enthaltenen molekularen Sauerstoff (O2) und Wasserdampf erzeugen UVStrahlen hochreaktive OH-Radikale sowie Singulettsauerstoff und Ozon. Die gebildeten Oxidationsmittel, insbesondere die Radikale, reagieren mit den Molekülen der in der Raumluft 1 enthaltenen organischen Verbindungen (z.B. Methan) und oxidieren diese derart. Methan wird beispielsweise zu Wasser und Kohlenstoffdioxid abgebaut. Etwaige in der Raumluft 1 enthaltenen größeren organischen Moleküle werden partiell oxidiert, wobei insbesondere Carboxyl- oder Hydroxylgruppen in die Moleküle bzw. Molekülfragmente eingebaut werden und derart insbesondere Carbonsäuren, Aldehyde, Ketone sowie Alkohole gebildet werden. Beispielsweise könnte aus Lacken, Kleber oder aus Leim (Holzmöbel) stammender Formaldehyd zur entsprechenden Carbonsäure oxidiert werden. Insbesondere werden durch die partielle Oxidation CH-acide organische Verbindungen

13/41 gebildet, beispielsweise Carbonsäuren, Aldehyde, Ketone oder Alkohole. Diese sind einer

Chemisorption zugänglich, sodass in diesem Fall eine der UV-Oxidation nachgeschaltete basische Gaswäsche besonders vorteilhaft ist. Eine UV-Bestrahlung der Raumluft 1 ist daher eine besonders vorteilhafte Ergänzung zur Gaswäsche. Die UV-Bestrahlung kann zwischen zwei oder mehreren basischen Gaswäschen erfolgen.

Die Raumluft 1 kann während der Gaswäsche gekühlt oder erwärmt werden. Dazu wird eine entsprechend temperierte Elektrolytlösung in den Gaswäscher 1 eingesprüht, zum Kühlen eine gekühlte Elektrolytlösung, zum Erwärmen eine erwärmte Elektrolytlösung. Das Wärmen bzw. Kühlen der Elektrolytlösung erfolgt bei deren Rückführung zum Gaswäscher 2 nach der Regeneration vorzugsweise über Heiz/Kühlvorrichtungen 18, 19. Zum Kühlen der Elektrolytlösung ist es bevorzugt, wenn die Heiz/Kühlvorrichtungen 18, 19 als Peltierelement-Kaskade ausgeführt sind. Alternativ erfolgt die Kühlung der Elektrolytlösung beispielsweise mittels einer Kältemaschine oder einer adiabaten Abkühlung, insbesondere durch eine Verdunstung von Wasser aus der Elektrolytlösung. Die zum Erwärmen der Elektrolytlösung erforderliche Energie wird beispielsweise durch Verbrennung von Heizöl oder Erdgas, mittels einer Wärmepumpe, eines Wärmespeichers, Photovoltaik oder Peltier-Elementen bereitgestellt. Die Heiz/Kühlvorrichtungen 18, 19 ist vorzugsweise besonders leistungsstark und ist daher entsprechend groß dimensioniert, wodurch deren Positionierung in der Nähe des Gaswäschers 2 erschwert sein könnte. Es ist daher bevorzugt, wenn, wie in Fig. 1 gezeigt, zumindest eine weitere Heiz/Kühlvorrichtung 3, beispielsweise eine Wärmepumpe, insbesondere eine KompressionsWärmepumpe, oder ein Peltierelement, vorgesehen ist, welche bzw. welches sich näher zum Gaswäscher 2 befindet als die Heiz/Kühlvorrichtungen 18, 19. Die Heiz/Kühlvorrichtung 3 kann insbesondere dazu beitragen, die über die Heiz/Kühlvorrichtungen 18, 19 temperierte Elektrolytlösung in der gewünschten Temperatur in den Gaswäscher 2 einzubringen und kann ferner dazu beitragen eine unerwünschte Kondensation an der Außenseite der entsprechenden Leitungen, in welchen die Elektrolytlösung transportiert wird, zu verhindern. Anstelle oder ergänzend zur Heiz/Kühlvorrichtung 3 können die Leitungen insbesondere als wärmeisolierte Kunststoffrohre ausgeführt sein.

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Die Feuchtigkeit der aus dem Gaswäscher 2 austretenden gereinigten Raumluft 1 lässt sich über die lonenkonzentration und die Arten der Ionen der Elektrolytlösung einstellen. Während der Gaswäsche stellt sich zwischen der in den Gaswäscher 2 eingesprühten Elektrolytlösung und der in den Gaswäscher 2 eingeleiteten Raumluft 1 ein gewisses Gleichgewicht ein, da sich Flüssigkeiten, hier die Elektrolytlösung, in Abhängigkeit von der lonenkonzentration immer in einem Gleichgewicht mit der Feuchtigkeit (Gasfeuchte) hier der Feuchtigkeit der Raumluft 1, befinden. Dieses Gleichgewicht führt beim konkreten Anwendungsbeispiel dazu, dass sich in der Elektrolytlösung eine definierte lonenkonzentration und in der Raumluft 1 eine definierte relative Luftfeuchtigkeit, also ein bestimmter Anteil an Wasserdampf, einstellt. Je höher die lonenkonzentration der eingesprühten Elektrolytlösung ist, umso geringer ist die relative Luftfeuchtigkeit der gereinigten, aus dem Gaswäscher 2 austretenden Raumluft 1. Je geringer die lonenkonzentration der eingesprühten Elektrolytlösung ist, umso höher ist die relative Luftfeuchtigkeit der gereinigten, aus dem Gaswäscher 2 austretenden Raumluft 1. Es ist also möglich, den Gaswäscher 2 derart zu betreiben, dass die aus ihm austretende Raumluft eine definierte und konstante bzw. zumindest weitgehend konstante Luftfeuchtigkeit aufweist. Wenn die Raumluft 1 befeuchtet wird, also der Raumluft 1 aus der in den Gaswäscher 2 aufgegeben Elektrolytlösung Wasser aufnimmt, wird das Verfahren derart ausgeführt, dass die relative Feuchte der zugleiteten Elektrolytlösung höher ist als ihre relative Gelichgewichtsfeuchte. Andernfalls könnte aus der Elektrolytlösung - nach der Wasserabgabe an die Raumlauft 1 - Salze aus der Elektrolytlösung ausfallen. Die Einstellung der lonenkonzentration erfolgt während bzw. nach der Regeneration der Elektrolytlösung, wie weiter unten noch beschrieben wird.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Klimaanlagen mit Wärmetauschern, an deren festen Oberflächen der in der Raumluft enthaltene Wasserdampf auskondensiert, sodass diese Oberflächen ständig feucht gehalten werden, wird beim Entfeuchten mittels Gaswäscher 1 der aus der Raumluft in der Elektrolytlösung adsorbierte Wasserdampf zügig abtransportiert. Wie bereits erwähnt, unterdrückt der hohe pH-Wert der Elektrolytlösung vorteilhafter Weise das Wachstum von Keimen, beim erwähnten pH-Wert von mindestens 12 ist die Waschlösung im Wesentlichen steril, sodass die erfindungsgemäße Vorrichtung im Wesentlichen keimfrei gehalten wird.

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Die die Verunreinigungen enthaltende und aus dem Gaswäscher 2 abgeleitete

Elektrolytlösung wird, wie im Nachfolgenden beschrieben wird, über mehrere

Regenerationsschritte regeneriert und anschließend wieder in den Gaswäscher 2 als

Waschflüssigkeit aufgegeben.

2. Schritt - Regenerierung der beladenen Elektrolytlösung

Die aus dem Gaswäscher 2 austretende Elektrolytlösung wird über den Heiz/Kühlvorrichtung 3 geleitet und kühlt bzw. erwärmt, wie oben erwähnt, die bereits regenerierte Waschlösung (Elektrolytlösung) bei deren Rückführung zum Gaswäscher 2. In der abgeleiteten Elektrolytlösung sorbierte organische Verbindungen werden, optional unter Zufuhr von Wärme, vollständig oder im Wesentlich vollständig in der Elektrolytlösung gelöst. Wurden von der Elektrolytlösung organische Säuren adsorbiert, dissoziieren diese, wobei die Säuren bzw. durch die durch Dissoziation der Säuren gebildeten Ionen neutralisiert werden und wasserlösliche Salze entstehen, welche unmittelbar in der Elektrolytlösung gelöst werden.

Zur Regenerierung wird die Elektrolytlösung in einem optionalen ersten Regenerationsschritt in eine mechanische Trenneinrichtung 4 geleitet, in welcher etwaige aus der Raumluft 1 adsorbierte unlösliche anorganische Verunreinigungen, beispielsweise Sand oder Haare, aus der Elektrolytlösung abgetrennt werden. Die mechanische Trennung erfolgt beispielsweise mittels Filtration, Sedimentation, Flotation oder Zentrifugation.

Bei Verwendung einer Kaliumhydroxid/Kaliumcarbonat-Lösung besteht die aus dem Gaswäscher 2 abgeleitete Elektrolytlösung großteils aus in Wasser gelöstem Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat. Die Elektrolytlösung wird, ggf. nach Durchführung des erwähnten mechanischen Trennverfahrens, in zwei Teilströme TSi und TS2 aufgeteilt. Der Teilstrom TSi wird, wie nachfolgend erläutert, zur Erhöhung der Kaliumhydroxidkonzentration in einem zweiten Regenerations schritt durch einen Entgaser 5 und anschließend in einem dritten Regenerationsschritt durch eine Elektrodialysezelle 6 gleitet und nachfolgend mit dem Teilstrom TS2 zusammengeführt.

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Der Teilstrom TSi umfasst insbesondere 1% bis 30% (Massenprozent), bevorzugt zumindest 10%, der gesamten Elektrolytlösung (TSi + TS2). Die genaue Größe des Teilstromes TSi wird an die „Regenerationsleistung“ der Elektrodialysezelle 6 und die CCh-Abscheideleistung des Gaswäschers 2 angepasst. Die Teilung der Elektrolytlösung in die beiden Teilströme TSi und TS2 erfolgt insbesondere in bekannter Weise, beispielsweise über ein entsprechendes Ventil, eine Pumpe oder dergleichen.

Im Entgaser 5 wird der eingeleitete Teilstrom TSi der Elektrolytlösung mit einer ebenfalls in den Entgaser 5 eingeleiteten Phosphorsäure (H3PO4, Teilstrom TS3), welche in einer dem Entgaser 5 nachgeschalteten Elektrodialysezelle 6 erzeugt wird, in Kontakt gebracht und vermischt. Dabei wird zumindest der Großteil der im Teilstrom TSi enthaltenen, zuvor bei der Gaswäsche gebildeten Carbonate und Hydrogencarbonate in entsprechende Phosphate, beim beschriebenen Ausführungsbeispiel insbesondere in Kaliumphosphat (K3PO4), umgewandelt („Verdrängungsreaktion“), wobei ferner Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen. Die Lage des Gleichgewichtes der einzelnen Spezies der Phosphate (Phosphat PO4³’, Hydrogenphosphat HPO4³’, Dihydrogenphosphat H2PO4³’) ist vom pH-Wert abhängig - gemäß einem dem Fachmann bekannten Haegg-Diagramm. Es wird insbesondere derart viel Phosphorsäure zugegeben, dass der pH-Wert der Elektrolytlösung auf kleiner gleich 5, vorzugsweise auf 4 bis 5, gesenkt wird, wodurch ein Großteil der Carbonate und Hydrogencarbonate unter der Bildung von Kohlenstoffdioxid zerfällt. Das Kohlenstoffdioxid (CO2) wird aus dem Entgaser 5 in die Umgebung, insbesondere in die Außenluft („ins Freie“), abgeleitet bzw. gemäß einer entsprechend vorgesehenen weiteren Verwertung aufbereitet.

Die „entgaste“ Elektrolytlösung enthält insbesondere Kalium-Kationen (K⁺), PhosphatAnionen (PO4³ ), Hydrogenphosphat-Anionen (HPO4²), Dihydrogenphosphat-Anionen (H2PO4 ) und Carbonat-Anionen (CO3²). Hydrogencarbonat-Anionen (HCO3 ) sind in der entgasten Elektrolytlösung beim erwähnten pH-Wert von 4 bis 5 keine oder kaum mehr vorhanden. Die entgaste Elektrolytlösung wird aus dem Entgaser 5 in die bereits erwähnte Elektrodialysezelle 6 weitergleitet, in welcher der dritte Regenerationsschritt erfolgt.

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Wie Fig. 2 zeigt, ist die Elektrodialysezelle 6 eine als Durchflusszelle konzipierte ZweiKammernzelle mit einem flüssigkeitsdichten und elektrisch nicht leitenden, beispielsweise aus einem Kunststoff bestehenden Gehäuse 7. Im Gehäuse 7 ist mittig eine Anionenaustauschermembran 8, nachfolgend als AAM 8 bezeichnet, positioniert, welche die Elektrodialysezelle 6 in einen Kathodenraum 9 mit einer Kathode 9a und einen Anodenraum 10 mit einer Anode 10a teilt. Der Kathodenraum 9 und der Anodenraum 10 weisen jeweils einen Einlass 11 und einen Auslass 12 auf, welche an einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 7 ausgebildet sind. Die Durchflussrichtung durch den Kathodenraum 9 stimmt mit jener durch den Anodenraum 10 überein. Im Betrieb der Elektrodialysezelle 6 ist an die Elektroden (Kathode 9a und Anode 10a) eine Gleichspannung angelegt.

Die entgaste Elektrolytlösung wird über den entsprechenden Einlass 11 in den Kathodenraum 9 eingeleitet, in den Anodenraum 10 wird über den entsprechenden Einlass 11 Phosphorsäure (H3PO4) eingeleitet.

Im Kathodenraum 9 werden an der Kathode 9a Wassermoleküle (H2O) der Elektrolytlösung elektrolytisch gespalten, wobei molekularer Wasserstoff (H2) und Hydroxid-Ionen (OH ) gebildet werden. Aus den Kalium-Kationen (K⁺) und den Hydroxid-Ionen (OH ) bildet sich im Kathodenraum 9 eine wässrige Kaliumhydroxidlösung (KOH). Die Phosphat-Anionen (PO4³’, HPO4²’, H2PO4 ) und die (Hydrogen)Carbonat-Anionen (HCO3’, CO’² ) werden von der Anode 10a angezogen, passieren inklusive Hydrathülle (angelagerte Wassermoleküle) die AAM 8 und gelangen daher in den Anodenraum 10. Wassermoleküle passieren die AAM8 einerseits als an den erwähnten Anionen angelagerte Hydrathülle sowie ferner aufgrund des osmotischen Druckes. Am Auslass 12 des Kathodenraums 9 tritt eine zumindest im Wesentlichen phosphatfreie Kaliumhydroxidlösung (KOH) sowie molekularer Wasserstoff (H2) aus. Etwaige in der Kaliumhydroxidlösung verbleibende Phosphatverbindungen beeinflussen die weitere Gaswäsche nicht. Der Wasserstoff (H2) wird in die Umgebung (ins Freie) abgeleitet. Die Kaliumhydroxidlösung (KOH, Fig. 1: Teilstrom TS5) wird dem Teilstrom TS2 zugeleitet und mit diesem vereint (Fig. 1), wodurch, wie oben bereits erwähnt, die Konzentration an Kaliumhydroxid in der Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat enthaltenden Elektrolytlösung erhöht wird.

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Im Anodenraum 10 werden an der Anode 10a Wassermoleküle, welche von der eingeleiteten Phosphorsäure (H3PO4) stammen bzw. durch die AAM 8 transportiert wurden, elektrolytisch gespalten, wobei Wasserstoff-Ionen (H⁺) und molekularer Sauerstoff (O2) gebildet werden. Die in den Anodenraum 10 transportierten Phosphat-Anionen (PO4³’, HPO4²’, H2PO4 ) bilden gemeinsam mit den Wasserstoff-Ionen (H⁺) Phosphorsäure (H3PO4) und etwaige in den Anodenraum transportierte (Hydrogen)Carbonat-Anionen werden in Kohlenstoffdioxid (CO2) umgewandelt, sodass über den Auslass 12 des Anodenraumes 10 eine - gegenüber der in den Anodenraum 10 eingeleiteten Phosphorsäure „konzentriertere“ Phosphorsäure (H3PO4) sowie Sauerstoff (O2) und Spuren von Kohlenstoffdioxid (CO2) austreten. Der Sauerstoff sowie etwaige geringe Mengen an Kohlenstoffdioxid werden abgetrennt und je nach Bedarf in die bereits regenerierte Waschlösung eingeleitet, um derart im Zuge der Gaswäsche den Sauerstoffgehalt der zu reinigenden Raumluft 1 zu erhöhen. Alternativ kann der Sauerstoff inklusive etwaiger Kohlenstoffdioxidspuren über eine separate Leitung direkt der Raumluft 1 zugeleitet werden. Die aus dem Anodenraum 13 austretende Phosphorsäure (H3PO4) wird in einen zum Einlass 11 des Anodenraumes 10 führenden Teilstrom TS4 und den zum Entgaser 5 führenden Teilstrom TS3 geteilt (Fig. 1). Dem Teilstrom TS3 wird auf entsprechend geregelte Weise bei Bedarf Wasser zugeleitet (Fig. 1).

Wie Fig. 1 zeigt, wird die derart regenerierte Elektrolytlösung (Teilstrom TS2 + TS5) über eine Einheit 20 zum Aufkonzentrieren gegebenenfalls über die Heiz/Kühlvorrichtungen 18, 19 und die Heiz/Kühlvorrichtung 3 geführt und temperiert zum Gaswäscher 2 zurückgeleitet. Die Feuchtigkeit der aus dem Gaswäscher 2 austretenden Raumluft wird, wie bereits erwähnt, über die lonenkonzentration der Elektrolytlösung geregelt. Die gewünschte lonenkonzentration kann über die elektrolytische Wasserspaltung in der Elektrodialysezelle 6 erhöht und gegebenenfalls dadurch auch gleichzeitig eingestellt werden. Ist die lonenkonzentration der vereinigten Teilströme TS2 und TS5 geringer als die gewünschte lonenkonzentration, wird diese mittels der Einheit 20 zum Aufkonzentrieren durch Wasserentfemung erhöht, beispielsweise durch Abblasen, Verdunsten, beispielsweise mittels Infrarotverdampfer, oder mittels Membrandestillation. Ist die lonenkonzentration der vereinten Teilströme TS2 und TS5 höher als die gewünschte lonenkonzentration, wird

19/41 über einen nicht gezeigten Wasseranschluss, welcher sich beispielsweise vor den Heiz/Kühlvomchtungen 18, 19 befindet, Wasser zur regenerierten Elektrolytlösung zugeleitet. Die relative Feuchtigkeit der aus dem Gaswäscher 2 austretenden Raumluft 1 wird kontinuierlich gemessen. Die lonenkonzentration in der Elektrolytlösung wird vorzugsweise über ihre Leitfähigkeit, insbesondere mittels eines Leitfähigkeitsmessgeräts (Leitfähigkeitssensor), und/oder über ihre Dichte, insbesondere mittels eines Biegeschwingers, kontinuierlich gemessen.

Fig. 3 verdeutlicht eine alternative Betriebsweise der Elektrodialysezelle 6. Bei dieser Betriebsweise wird die entgaste Elektrolytlösung aufgeteilt und daher sowohl in den Kathodenraum 9 als auch in den Anodenraum 10 eingeleitet. Diese Betriebsweise unterscheidet sich von der mit Bezugnahme auf Fig. 2 erörterten Betriebsweise dadurch, dass die aus dem Anodenraum 10 austretende Lösung zusätzlich Kaliumphosphat (K3PO4) und die aus dem Kathodenraum 9 austretende Lösung zusätzlich Spuren von Kaliumphosphat (K3PO4) enthält. Die Kaliumphosphat-Spuren beeinflussen den Waschvorgang im Gaswäscher 2 nicht oder nicht wesentlich. Die aus dem Anodenraum 10 austretende Lösung wird in den Entgaser 5 zurückgeleitetet.

Im Nachfolgenden werden weitere Varianten der als Durchflusszelle ausgeführten Elektrodialysezelle erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Elektrodialysezelle 6‘ bipolarer Bauweise, nachfolgend bipolare Elektrodialysezelle 6‘ genannt. Die bipolare Elektrodialysezelle 6‘ weist ein Gehäuse 7 auf, in welchem mittig eine bipolare Membran 13, nachfolgend BPM 13 genannt, positioniert ist. Beidseitig der BPM 13 ist in zumindest weitgehend übereinstimmenden Abständen jeweils eine im Wesentlichen parallel zur BPM 13 ausgerichtete Anionenaustauschermembran 8 (AAM 8) positioniert. Die BPM 13 besteht aus einer Wasserstoffionen-Austauschermembran 13a, einer HydroxidionenAustauschermembran 13b und einer zwischen diesen befindlichen katalytischen Zwischenschicht 13c zur Beschleunigung der Dissoziation von Wasser.

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Die Elektrodialysezelle 6‘ weist eine an die Wasserstoffionen-Austauschermembran 13a angrenzende Elektrolysekammer 14 auf, welche durch die eine, in Fig. 1 linke AAM 8 von einem Kathodenraum 9 mit Kathode 9a getrennt ist. Ferner weist die Elektrodialysezelle 6 eine an die Hydroxidionen-Austauschermembran 13b der BPM 13 angrenzende Elektrolysekammer 15 auf, welche durch die andere, in Fig. 1 rechte AAM 8 von einem Anodenraum 10 mit Anode 10a getrennt ist.

Der Kathodenraum 9, der Anodenraum 10 und die Elektrolysekammem 14, 15 weisen jeweils einen Einlass 11 und einen Auslass 12 auf, wobei die Einlässe 11 und die Auslässe 12 derart ausgeführt sind, dass die Durchflussrichtungen durch den Kathodenraum 9, den Anodenraum 10 und durch die Elektrolysekammern 14, 15 übereinstimmen.

Die aus dem Entgaser 5 stammende, entgaste Elektrolytlösung wird über die entsprechenden Einlässe 11 im Wesentlichen zeitgleich in den Kathodenraum 9 und in die an die Hydroxidionen-Austauschermembran 13b angrenzende Elektrolysekammer 15 eingeleitet. In den Anodenraum 10 und die an die Wasserstoffionen-Austauschermembran 13a angrenzende Elektrolysekammer 14 wird Phosphorsäure eingeleitet.

Im Kathodenraum 9 der Elektrodialysezelle 6‘ wird - wie für die Elektrodialysezelle 6 bereits beschrieben - aus der eingeleiteten Elektrolytlösung Kalilauge (KOH) und Wasserstoff (H2) gebildet, welche über den entsprechenden Auslass 12 abgelassen werden. Die Phosphat-Anionen (PO4³’, HPO4²’, H2PO4 ) und die Hydrogencarbonat-Anionen (CO3²’, HCO3 ) werden vom Kathodenraum 9 durch die entsprechende AAM 8 in die an die Wasserstoffionen-Austauschermembran 13a angrenzende Elektrolysekammer 14 gezogen. Ferner werden an der katalytischen Zwischenschicht 13c durch elektrolytische Wasserspaltung gebildete Wasserstoff-Ionen (H⁺) durch die WasserstoffionenAustauschermembran 13a in die Elektrolysekammer 14 geleitet. In der Elektrolysekammer 14 bilden sich weitere Phosphorsäure (H3PO4), molekularer Sauerstoff (O2) und geringe Mengen an Kohlenstoffdioxid (CO2), welche am entsprechenden Auslass 12 austreten.

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In der an die Hydroxidionen-Austauschermembran 13b angrenzende Elektrolysekammer 15 wird aus der eingeleiteten Elektrolytlösung Kalilauge (KOH) gebildet, wobei die erforderlichen Hydroxidionen (OH ) an der katalytischen Zwischenschicht 13c gebildet und durch die Hydroxidionen-Austauschermembran 13b in die Kammer 15 geleitet werden. Phosphat-Anionen (PO4³’, HPO4²’, H2PO4') und (Hydrogen)Carbonat-Anionen (CO3²’, HCO3 ) werden von der Elektrolysekammer 15 durch die entsprechende AAM 8 in den Anodenraum 10 gezogen und dort auf die beschriebene Weise (siehe Beschreibung der Elektrodialysezelle 6) unter elektrolytischer Wasserspaltung zu Phosphorsäure (H3PO4) umgesetzt.

Phosphorsäure, gemischt mit Sauererstoff und Spuren von Kohlenstoffdioxid, bzw. Kalilauge, gemischt mit Wasserstoff, treten über die entsprechenden Auslässe 12 aus der Elektrodialysezelle 6‘ aus und werden wie bei der im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterten Variante weitergeleitet.

Fig. 5 zeigt eine Elektrodialysezelle 6“, welche analog zur Elektrodialysezelle 6 (Fig. 2, Fig. 3) aufgebaut ist, anstelle der AAM 8 jedoch eine Kationenaustauschermembran 16 (KAM 16) aufweist. Die Betriebsweise entspricht der in Fig. 3 gezeigten Elektrodialysezelle 6 (Aufteilung der entgasten Elektrolytlösung in den Kathodenraum 9 und in den Anodenraum 10). Die KAM 16 ist eine für Kalium-Kationen (K⁺) selektive Membran. Aus dem Kathodenraum 9 treten eine Kaliumhydroxid (KOH) und Kaliumphosphat (K3PO4) enthaltende Lösung sowie Wasserstoff (H2) aus. Aus dem Anodenraum 10 treten Phosphorsäure (H3PO4), Sauerstoff (O2) und Spuren von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus.

Fig. 6 zeigt eine Elektrodialysezelle 6‘“ mit zwei Kationenaustauschermembranen 16 (KAM 16) und einer zwischen diesen befindlichen BPM 13, sodass an die BPM 13 angrenzende Elektrolysekammern 14, 15 vorhanden sind (analog zu Fig. 4). Die Betriebsweise entspricht der in Fig. 3 bzw. Fig. 5 gezeigten Elektrodialysezelle 6, sodass die entgaste Elektrolytlösung zwischen dem Kathodenraum 9, dem Anodenraum 10 und den Elektrolysekammern 14, 15 aufgeteilt wird. Aus dem Kathodenraum 9 treten eine Kaliumhydroxid (KOH) und Kaliumphosphat (K3PO4) enthaltende Lösung sowie

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Wasserstoff (H2) aus. Aus der an die Wasserstoffionen-Austauschermembran 13a angrenzenden Elektrolysekammer 14 treten Phosphorsäure (H3PO4) und KohlenstoffdioxidSpuren aus. Aus der an die Hydroxidionen-Austauschermembam 13b angrenzenden Elektrolysekammer 15 treten eine Kaliumhydroxid (KOH) und Kaliumphosphat (K3PO4) enthaltende Lösung aus. Aus dem Anodenraum 10 treten Phosphorsäure (H3PO4), gemischt mit Sauerstoff (O2) und Kohlenstoffdioxid(CO2)-Spuren aus.

Fig. 7 zeigt eine Elektrodialysezelle 6““ mit einer den Kathodenraum 9 begrenzenden KAM 16, einer den Anodenraum 10 begrenzenden AAM 8 und einer zwischen der KAM 16 und der AAM 8 befindlichen Elektrolysekammer 17. Die aus dem Entgaser 5 stammende Elektrolytlösung, welche Kaliumphosphat (K3PO4) und Kaliumcarbonat (K2CO3) enthält, wird in die Elektrolysekammer 17 eingeleitet. Kalium-Kationen (K⁺) werden in den Kathodenraum 9 gezogen und Phosphat-Anionen (PO4³ ) sowie (Hydrogen)Carbonat-Anionen (HCO3’, CO3²’) werden in den Anodenraum 10 gezogen. Aus der Elektrolysekammer 17 tritt eine etwaige Reste an Kaliumphosphat (K3PO4) und Kaliumcarbonat (K2CO3) enthaltende Lösung aus. In den Kathodenraum 9 wird eine Kaliumhydroxid-Lösung (KOH) eingeleitet. Sich im Kathodenraum 9 bildendes Kaliumhydroxid geht in Lösung, sodass aus dem Kathodenraum 9 eine KaliumhydroxidLösung (KOH) mit einer höheren Konzentration sowie Wasserstoff (H2) austreten. Die aus dem Kathodenraum 9 austretende Kaliumhydroxid-Lösung (KOH) wird in einen Teilstrom TSö, welcher zum Kathodenraum 9 zurückgeleitet wird, und in einen Teilstrom TS7 geteilt.

Der Teilstrom TS7 wird mit der aus der Elektrolysekammer 17 austretenden Lösung vereint und gemeinsam dem Teilstrom TS2 (Fig. 1) zugeleitet. Bei Bedarf kann Wasser zugeleitet werden. In den Anodenraum 10 wird Phosphorsäure (H3PO4) eingeleitet. Im Anodenraum 10 bilden sich Phosphorsäure (H3PO4), Sauerstoff (O2) und geringe Mengen Kohlenstoffdioxid (CO2). Mit der aus dem Anodenraum 10 austretenden Lösung wird wie bei der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Variante verfahren.

Beispiel 2 - Vorrichtung zur Reinigung von Stallluft und Kohlendioxidverwertung

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Stallluft von Geflügelställen ist stark mit Ammoniak, Aminen, Kohlenstoffdioxid sowie mit

Futter und Federn stammenden organischen Stäuben belastet.

Zur Reinigung der Stallluft wird diese in analoger Weise zum Beispiel 1 in einen Gaswäscher eingeleitet und dort mit einer basischen Elektrolytlösung, insbesondere einer Kaliumcarbonat/Kaliumhydroxid-Lösung, „gewaschen“. Die basische Elektrolytlösung nimmt organische Säuren, Thiole, Kohlenstoffdioxid sowie etwaige Keime aus der Stallluft auf. Bevorzugter Weise werden die organischen Verbindungen in der basischen Elektrolytlösung unmittelbar nach der Gaswäsche unter Zufuhr von Wärme hydrolysiert, um etwaige in ihr suspendierte Feststoffpartikel, beispielsweise von Futterresten, Federn, Heu usw„ aufzuschließen, sodass die in den Feststoffpartikel enthaltenen organischen Verbindungen für eine Aufbereitung zugänglich werden. Die weitere Regeneration erfolgt analog zu Beispiel 1, 2.Schritt.

Abweichend von Beispiel 1 wird die bereits mit der basischen Elektrolytlösung gewaschene Luft, im Anwendungsbeispiel die Stallluft, zur weiteren Aufbereitung in einen zweiten Gaswäscher eingeleitet, in welchem eine Gaswäsche mit einer sauren Elektrolytlösung, beispielsweise mit Schwefelsäure, durchgeführt wird, wodurch in der Stallluft vorhandene basische Verunreinigungen, beispielsweise Ammoniak und Amine, entfernt werden. Die Regenerierung dieser Elektrolytlösung kann auf analoge Weise wie jene der Elektrolytlösung gemäß Beispiel 1, 2.Schritt erfolgen.

In der Elektrodialysezelle 6, 6‘, 6“, 6‘“, 6““ kann im konkreten Beispiel Schwefelsäure zurückgewonnen und Ammoniaklösung gewonnen werden. Ferner wird als Nebenprodukt Kohlendioxid im Entgaser 5 gebildet.

Beispiel 3 - Vorrichtung zur Aufbereitung von Biogas und Kohlenstoffdioxidverwertung

Durch die unmittelbare Vergärung aus Biomasse gebildetes Biogas enthält große Mengen an Kohlenstoffdioxid, insbesondere besteht Biogas aus bis zu zirka 50% Kohlenstoffdioxid. Zum Einspeisen des Biogases in ein Erdgasnetz und der nachfolgenden thermischen

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Nutzung ist es erforderlich, den Heizwert des Biogases durch Entfernen des

Kohlenstoffdioxides zu erhöhen.

Das aufzubereitende Biogas wird in analoger Weise zu Beispiel 1 in einen Gaswäscher eingeleitet und dort mit einer basischen Elektrolytlösung, insbesondere einer Kaliumcarbonat/Kaliumhydroxid-Lösung, „gewaschen“. Etwaige im Biogas vorhandene organische Säuren werden von der Elektrolytlösung adsorbiert. Die Regeneration erfolgt analog zu Beispiel 1, 2.Schritt. Gegebenenfalls kann auch der im Beispiel 1 beschriebene optionale Regenerationsschritt (Abtrennen anorganischer Bestandteile in einer mechanischen Trennvorrichtung 4) durchgeführt werden.

Von den beschriebenen Bespielen abweichende Ausführungsvarianten

Die Erfindung ist auf die beschriebenen Beispiele nicht beschränkt.

Anstelle der Kaliumhydroxid/Kaliumcarbonat-Lösung kann als Waschlösung, in abgestimmterWeise auf den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere eine Lösung verwendet werden, welche zumindest Lithiumhydroxid, Lithiumcarbonat, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat oder Kaliumhydroxid enthält. Lösungen, welche mehrere der genannten Verbindungen enthalten, sind ebenfalls möglich.

Es ist möglich, die gesamte Elektrolytlösung über den Entgaser 5 zu leiten, sodass keine Teilung in zwei Teilströme TSi und TS2 erfolgt. Dies ist insbesondere bei hohen Kohlenstoffdioxidkonzentrationen im Gas von Vorteil.

Ferner kann es vorgesehen sein, die Elektrolytlösung im Zuge der Regeneration vor, nach oder im Entgaser 5 zusätzlich zu erwärmen, um derart zumindest einen Teil der Hydrogenkarbonate besonders effektiv „auszutreiben“

Die Elektrolytlösung kann auch ohne Entgasung, d.h. ohne Durchleiten durch den Entgaser 5, regeneriert werden, insbesondere wenn die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Raumluft gering ist. Bei dieser Variante enthält die Elektrolytlösung insbesondere Kaliumcarbonat, Kaliumhydroxid und Kaliumphosphat und wird in sämtliche Räume bzw.

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Elektrolysekammern der jeweiligen Elektrodialysezelle geleitet. Zumindest der Großteil der sich bildenden Gase (Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff) wird aus der aus der

Elektrodialysezelle austretenden Elektrolytlösung abgetrennt. Aus sämtlichen

Elektrolysekammer bzw. Räumen der Elektrodialysezelle tritt eine regenerierte

Elektrolytlösung aus. Die austretenden Elektrolytlösungen können vereint und als Waschlösung verwendet werden.

In den Entgaser kann anstelle von Phosphorsäure (H3PO4) Salpetersäure (HNO3) eingeleitet werden, sodass sich entsprechende Nitrate (NO3 ) bilden.

Die Elektrodialysezelle bipolarer Bauweise kann mehrere bipolare Membranen aufweisen. Außerdem können mehrere, parallel zueinander betriebene Elektrodialysezellen gleichzeitig mit der zu regenerierenden Elektrolytlösung beschickt werden.

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Bezugsziffernliste

....................................Raumluft

....................................Gaswäscher

....................................Heiz/Kühlvomchtung

....................................Trenneinrichtung

....................................Entgaser

6, 6‘, 6“, 6‘“, 6““.......Elektrodialysezelle

....................................Gehäuse

....................................Anionenaustauschermembran (AAM)

....................................Kathodenraum

9a..................................Kathode

..................................Anodenraum

10a................................Anode

..................................Einlass

..................................Auslass

..................................bipolare Membran (BPM)

13a................................Wasserstoffionen-Austauschermembran

13b ...............................Hydroxidionen-Austauschermembran

13c................................katalytische Zwischenschicht

14, 15............................Elektrolysekammer

..................................Kationenaustauschermembran (KAM)

..................................Elektrolysekammer

18, 19............................Heiz/Kühlvorrichtung

20..................................Einheit zur Aufkonzentrierung

TSi, i = i bis 7.....................Teilstrom

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer basischen wässrigen Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit, welche zumindest eine Verbindung aus der Gruppe Lithium-, Natrium- oder Kalium-Carbonat oder Lithium-, Natrium- oder Kalium-Hydroxid enthält und welche in zumindest einem Gaswäscher (2) mit einem zu reinigenden Gas (1) in Kontakt gebracht und nach der Gaswäsche aus dem Gaswäscher (2) abgeleitet wird, wobei zumindest ein Teilstrom (TSi) der beladenen Elektrolytlösung gemäß folgenden Regenerations schritten kontinuierlich regeneriert wird:

a) Einleiten der Elektrolytlösung in zumindest eine als Durchflusszelle konzipierte Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6“, 6‘“, 6““) mit einem Anodenraum (10), einem Kathodenraum (9) und zumindest einer zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) befindlichen ionenselektiven Membran (8, 16),

b) Bildung einer basischen wässrigen Elektrolytlösung zumindest im Kathodenraum (9) unter elektrolytischer Wasserspaltung und Zurückleiten der gebildeten Elektrolytlösung zum Gaswäscher (2),

c) Bildung von Phosphorsäure oder Salpetersäure im Anodenraum (10), wobei Phosphorsäure bzw. Salpetersäure in einem eigenen Kreislauf durch den Anodenraum (10) geleitet wird, oder

Bildung von Phosphat(en) oder Nitrat(en) im Anodenraum (10), welche als Kation oder eines der Kationen der Waschflüssigkeit aufweist bzw. aufweisen, wobei das bzw. die Phosphat(e) oder das bzw. die Nitrat(e) mit der aus dem Kathodenraum (9) abgeleiteten Elektrolytlösung vereint und gemeinsam zum Gaswäscher (2) zurückgeleitet wird bzw. werden,

28/41 wobei die ionenselektive Membran während der Schritte b) und c) zumindest von Phosphat-Anionen, Nitrat-Anionen oder von Kationen der Waschflüssigkeit passiert wird und wobei vor Schritt a) und/oder während Schritt b) und Schritt c) und/oder nach Schritt c) Kohlenstoffdioxid aus der Elektrolytlösung abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung vor Schritt a) in einen Entgaser (5) eingeleitet und in diesem mit Phosphorsäure oder Salpetersäure vermischt wird, welche insbesondere ein Teilstrom (TS3) der gemäß Schritt c) gebildeten und in einem eigenen Kreislauf durch den Anodenraum (10) geleiteten Phosphorsäure oder Salpetersäure ist, wobei entstehendes Kohlenstoffdioxid aus dem Entgaser (5) abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Gaswäsche verwendete basische wässrige Elektrolytlösung einen pH-Wert von mindestens 12,0, vorzugsweise von >13, aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (TSi) der Elektrolytlösung, welcher gemäß den Schritten a) bis c) regeneriert wird, 1% bis 30%, bevorzugt zumindest 10%, der beladenen Elektrolytlösung umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung beim Einbringen in den Gaswäscher (2), insbesondere mittels Leitungsionisation- oder Koronaionisation, elektrostatisch aufgeladen und an im Gaswäscher (2) angeordneten Abscheideelektroden abgeschieden sowie anschließend zur nachfolgenden Regeneration abgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (1) unmittelbar vor oder unmittelbar nach der Gaswäsche UV-Strahlung, insbesondere UV-Strahlung mit einer Wellenlänge < 200 nm, bevorzugter Weise einer Wellenlänge von 185 nm, ausgesetzt wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Schritten a) bis c) aus der Elektrolytlösung mittels einer mechanischen Trenneinrichtung (4) in der Elektrolytlösung nicht gelöste anorganische Stoffe, welche von der Elektrolytlösung bei der Gaswäsche aufgenommen wurden, abgeschieden werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Gas (1), welches im Gaswäscher (2) mit der Elektrolytlösung in Kontakt gebracht wird, Raumluft ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (1) während der Gaswäsche mittels der Elektrolytlösung gekühlt oder erwärmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die regenerierte Elektrolytlösung vor der Gaswäsche über Heiz/Kühlvorrichtungen (3, 10, 11) gekühlt bzw. erwärmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung mittels einer Kältemaschine oder mittels adiabater Abkühlung, insbesondere durch eine Verdunstung von Wasser der Elektrolytlösung, gekühlt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der regenerierten Elektrolytlösung vor der Gaswäsche zur Änderung ihrer lonenkonzentration Wasser zugeleitet oder entzogen wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit mit einem Gaswäscher (2),

30/41 zumindest einer als Durchflusszelle konzipierten Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6“, 6‘“, 6““) mit einem Anodenraum (10), einem Kathodenraum (9) und zumindest einer zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) befindlichen ionenselektiven Membran, welche zumindest von Kationen der Waschlösung oder zumindest von Phosphat-Anionen oder Nitrat-Anionen passierbar ist, wobei die aus dem Gaswäscher (2) stammende Elektrolytlösung durch die Elektrodialysezelle (6, 6‘) durchleitbar und von dieser zum Gaswäscher (2) leitbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6“, 6‘“, 6““) zumindest zwei ionenselektive Membranen (8, 16) und zumindest eine zwischen diesen positionierte bipolare Membran (13) aufweist, sodass sich zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) zwei durch die bipolare Membran (13) voneinander getrennte Elektrolysekammern (14, 15) mit je einem Einlass (11) und einem Auslass (12) befinden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen der Elektrodialysezelle vorgeschalteten Entgaser (5) zum Austreiben von Kohlenstoffdioxid aus der Waschflüssigkeit aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dem Gaswäscher (2) und gegebenenfalls dem Entgaser (5) vorgeschaltete mechanische Trenneinrichtung (4) zum Abtrennen von in der Elektrolytlösung nicht lösbaren anorganischen Verunreinigungen aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswäscher (2) als Bodenkolonne, als Füllkörperkolonne, als Packungskolonne oder als Plattenwäscher ausgeführt ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Heiz/Kühlvorrichtung (3) aufweist, über welchen die aus dem Gaswäscher (1)

31/41 abgeleitete Elektrolytlösung im Gegenstrom zur regenerierten Elektrolytlösung führbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie

5 Heiz/Kühlvorrichtung (10, 11) zum Heizen bzw. Kühlen der regenerierten

Elektrolytlösung aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einheit (20) zum Aufkonzentrieren der Elektrolytlösung aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein kontinuierliches Leitfähigkeitsmessgerät und/oder ein kontinuierliches Dichtemessgerät, insbesondere einen Biegeschwinger, zur Messung der lonenkonzentration der Elektrolytlösung aufweist.
22. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21 als Klimaanlage.

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1/4

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3/4

k₃po₄/k₂co₃

K₃ PO₄/K₂CO₃ | K₃PO₄/K₂CO₃ 5« ί/ΛΜ .ΊΑ /

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Neue Patentansprüche

1. Verfahren zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer basischen wässrigen Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit, welche zumindest eine Verbindung aus der Gruppe Lithium-, Natrium- oder Kalium-Carbonat oder Lithium-, Natrium- oder Kalium-Hydroxid enthält und welche in zumindest einem Gaswäscher (2) mit einem zu reinigenden Gas (1) in Kontakt gebracht und nach der Gaswäsche aus dem Gaswäscher (2) abgeleitet wird, wobei zumindest ein Teilstrom (TSi) der beladenen Elektrolytlösung gemäß folgenden Regenerations schritten kontinuierlich regeneriert wird:

a) Einleiten der Elektrolytlösung in zumindest eine als Durchflusszelle konzipierte Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6“, 6‘“, 6““) mit einem Anodenraum (10), einem Kathodenraum (9) und zumindest einer zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) befindlichen ionenselektiven Membran (8, 16),

b) Bildung einer basischen wässrigen Elektrolytlösung zumindest im Kathodenraum (9) unter elektrolytischer Wasserspaltung und Zurückleiten der gebildeten Elektrolytlösung zum Gaswäscher (2),

c) Bildung von Phosphorsäure oder Salpetersäure im Anodenraum (10), wobei Phosphorsäure bzw. Salpetersäure in einem eigenen Kreislauf durch den Anodenraum (10) geleitet wird, oder

Bildung von Phosphat(en) oder Nitrat(en) im Anodenraum (10), welche als Kation oder eines der Kationen der Waschflüssigkeit aufweist bzw. aufweisen, wobei das bzw. die Phosphat(e) oder das bzw. die Nitrat(e) mit der aus dem Kathodenraum (9) abgeleiteten Elektrolytlösung vereint und gemeinsam zum Gaswäscher (2) zurückgeleitet wird bzw. werden,

37/41 [ ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE ] wobei die ionenselektive Membran während der Schritte b) und c) zumindest von Phosphat-Anionen, Nitrat-Anionen oder von Kationen der Waschflüssigkeit passiert wird und wobei vor Schritt a) und/oder während Schritt b) und Schritt c) und/oder nach Schritt c) Kohlenstoffdioxid aus der Elektrolytlösung abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung vor Schritt a) in einen Entgaser (5) eingeleitet und in diesem mit Phosphorsäure oder Salpetersäure vermischt wird, welche insbesondere ein Teilstrom (TS3) der gemäß Schritt c) gebildeten und in einem eigenen Kreislauf durch den Anodenraum (10) geleiteten Phosphorsäure oder Salpetersäure ist, wobei entstehendes Kohlenstoffdioxid aus dem Entgaser (5) abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Gaswäsche verwendete basische wässrige Elektrolytlösung einen pH-Wert von mindestens 12,0, vorzugsweise von >13, aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (TSi) der Elektrolytlösung, welcher gemäß den Schritten a) bis c) regeneriert wird, 1% bis 30%, bevorzugt zumindest 10%, der beladenen Elektrolytlösung umfasst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung beim Einbringen in den Gaswäscher (2), insbesondere mittels Leitungsionisation- oder Koronaionisation, elektrostatisch aufgeladen und an im Gaswäscher (2) angeordneten Abscheideelektroden abgeschieden sowie anschließend zur nachfolgenden Regeneration abgeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (1) unmittelbar vor oder unmittelbar nach der Gaswäsche UV-Strahlung, insbesondere UV-Strahlung mit einer Wellenlänge < 200 nm, bevorzugter Weise einer Wellenlänge von 185 nm, ausgesetzt wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Schritten a) bis c) aus der Elektrolytlösung mittels einer mechanischen Trenneinrichtung (4) in der Elektrolytlösung nicht gelöste anorganische Stoffe, welche von der Elektrolytlösung bei der Gaswäsche aufgenommen wurden, abgeschieden werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Gas (1), welches im Gaswäscher (2) mit der Elektrolytlösung in Kontakt gebracht wird, Raumluft ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (1) während der Gaswäsche mittels der Elektrolytlösung gekühlt oder erwärmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die regenerierte Elektrolytlösung vor der Gaswäsche über Heiz/Kühlvorrichtungen (3, 10, 11) gekühlt bzw. erwärmt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung mittels einer Kältemaschine oder mittels adiabater Abkühlung, insbesondere durch eine Verdunstung von Wasser der Elektrolytlösung, gekühlt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der regenerierten Elektrolytlösung vor der Gaswäsche zur Änderung ihrer lonenkonzentration Wasser zugeleitet oder entzogen wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung von Gaswäsche mittels einer Elektrolytlösung als Waschflüssigkeit mit einem Gaswäscher (2),

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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE zumindest einer als Durchflusszelle konzipierten Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6““) mit einem Anodenraum (10), einem Kathodenraum (9) und zumindest einer zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) befindlichen ionenselektiven Membran, welche zumindest von Phosphat-Anionen oder NitratAnionen passierbar ist, wobei die aus dem Gaswäscher (2) stammende Elektrolytlösung durch die Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6““) durchleitbar und von dieser zum Gaswäscher (2) leitbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodialysezelle (6, 6‘, 6““) zumindest zwei ionenselektive Membranen (8, 16) und zumindest eine zwischen diesen positionierte bipolare Membran (13) aufweist, sodass sich zwischen dem Anodenraum (10) und dem Kathodenraum (9) zwei durch die bipolare Membran (13) voneinander getrennte Elektrolysekammern (14, 15) mit je einem Einlass (11) und einem Auslass (12) befinden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen der Elektrodialysezelle vorgeschalteten Entgaser (5) zum Austreiben von Kohlenstoffdioxid aus der Waschflüssigkeit aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dem Gaswäscher (2) und gegebenenfalls dem Entgaser (5) vorgeschaltete mechanische Trenneinrichtung (4) zum Abtrennen von in der Elektrolytlösung nicht lösbaren anorganischen Verunreinigungen aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswäscher (2) als Bodenkolonne, als Füllkörperkolonne, als Packungskolonne oder als Plattenwäscher ausgeführt ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Heiz/Kühlvorrichtung (3) aufweist, über welchen die aus dem Gaswäscher (1) abgeleitete Elektrolytlösung im Gegenstrom zur regenerierten Elektrolytlösung führbar ist.

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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Heiz/Kühlvorrichtung (10, 11) zum Heizen bzw. Kühlen der regenerierten Elektrolytlösung aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einheit (20) zum Aufkonzentrieren der Elektrolytlösung aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie

10 ein kontinuierliches Leitfähigkeitsmessgerät und/oder ein kontinuierliches

Dichtemessgerät, insbesondere einen Biegeschwinger, zur Messung der lonenkonzentration der Elektrolytlösung aufweist.

22. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21 als Klimaanlage.

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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE