Einrichtung zur Reinigung und Behandlung von Gasen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reinigung und Behandlung von Stickoxyd enthal tenden Gasen mittels selbständiger elektrischer Ent ladungen, durch die das Gas geführt wird.
Es ist bekannt, Schwebestoffe, wie Staub oder Nebel, aus Gasen dadurch zu entfernen, dass man das Gas durch eine Sprühentladung führt und die in der Entladungszone elektrisch ,aufgeladenen Schwebe teilchen an einer geerdeten Gegenelektrode abschei det. Mit einer solchen Einrichtung lassen sich die Schwebeteilchen weitgehend aus dem Gas entfernen. Damit ist aber sehr häufig noch nicht ein ausreichen der Reinheitsgrad des Gases erreicht, insbesondere wenn es sich um die Reinigung von Kohlendestilla- tionsgasen handelt, die Stickoxyd enthalten. Werden solche Gase durch längere Leitungen gefördert, so spielen sich zwischen dem Stickoxyd und anderen Bestandteilen des Gases, insbesondere ungesättigten Verbindungen, Reaktionen ab, die zu harzartigen klebrigen Verbindungen führen.
Diese setzen sich in den Rohrleitungen, insbesondere den Regelorganen, Ventilen und Messgeräten ab und rufen auf diese Weise unter Umständen erhebliche Betriebsstörungen hervor.
Die Sprühentladung, die, wie im vorstehenden ausgeführt, zur Abscheidung von Schwebeteilchen dient, ist zur Umwandlung des im Gas enthaltenen Stickoxydes in Stickstoffdioxyd nur in sehr begrenztem Umfange geeignet. Es findet zwar, wie festgestellt werden konnte, auch in einer Sprühentladung eine teilweise Oxydation des Stickoxydes zu Stickstoff dioxyd statt, jedoch konnte man bei Sprühentladungen nur eine etwa 50-60\ /o%e Stickstoffbeseitigung erreichen und auch das nur, wenn der ursprüngliche Stickoxydgehalt des Gases vergleichsweise klein ist, z.
B. 1 cm3 Stickoxyd je cm3 Gas und weniger.
Man hat deshalb schon vorgeschlagen, das Stick- oxyd nachträglich aus dem Gas in einer gesonder ten Einrichtung dadurch zu entfernen, dass man das Gas durch eine Büschelentladung geführt hat, in der eine nahezu vollständige Oxydation des Stickoxydes zu Stickstoffdioxyd erreicht wird. Das Stickstoff dioxyd kann dann aus dem Gas mit verhältnismässig einfachen Mitteln, z. B. durch eine Wasserwäsche, ent fernt werden.
Elektrische Gasreinigungseinrichtungen, gleich gültig ob sie der Entfernung von Schwebeteilchen oder der Umwandlung von Stickoxyd dienen, sind ver hältnismässig grosse und teure Einrichtungen, so dass das Bedürfnis besteht, diese Einrichtungen zu verbilligen.
Die vorliegende Erfindung hilft diesem Bedürfnis der Technik dadurch ab, dass die Einrichtung zur Rei nigung und Behandlung von Stickoxyd enthaltenden Gasen mittels selbständiger elektrischer Entladungen so ausgeführt wird, dass im Zuge des Gasweges eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Sprühentladung und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Büschel entladung baulich vereinigt und funktionell derart hintereinander angeordnet sind, dass das Gas nach seinem Eintritt in die Behandlungseinrichtung zu nächst einer Behandlung zur Abscheidung von Schwebestoffen und anschliessend einer Behandlung zur Umwandlung von Stickoxyd in Stickstoffdioxyd unterliegt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass man die für die elek- trischen Entladungen benötigten Spannungen ge trennt voneinander, jedoch über denselben Isolator in die Behandlungseinrichtung einführt.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn man die Sprühentladungsvorrichtung, die der Abscheidung der Schwebestoffe aus dem Gas dient, so ausbildet, dass das Gas erst durch ein stark inhomogenes Sprüh feld und dann durch ein im wesentlichen homogenes Feld grosser Feldstärke strömt, ehe es in den Bereich der Büschelentladunggelangt, wo die Umwandlung des Stickoxydes in Stickstoffdioxyd stattfindet.
Die letztere Ausführungsform ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil ein störungsfreier Betrieb der Büschel- entladung insbesondere dann gewährleistet ist, wenn das Gas sehr weitgehend auch von feinsten Schwebe teilchen, insbesondere auch jenen unter 2,u, be freit ist.
Ist der Anteil des Gases an Schwebeteilchen noch zu gross, so treten im Bereich der Büschelentla- dung leicht an der geerdeten Gegenelektrode Ansätze auf, die sich möglicherweise aus den in der Büschel entladung gebildeten Verbindungen und feinsten Schwebeteilchen bilden und die Feldverhältnisse im Bereich der Büschelentladung unter Umständen so stark verändern, dass eine kontrollierte Büschelentla- dung nicht mehr möglich ist.
Es ist zweckmässig, dass die elektrische Spannung für die Sprühentladung und die für die Büschelentla- dung durch getrennte Leitungen an entsprechenden Vorrichtungen zugeführt wird, selbst dann, wenn durch eine zweckmässige Ausbildung der Entladungs vorrichtungen für beide Felder die gleiche absolute Spannung verwendet werden kann. Man hat es dann in der Hand, gegebenenfalls die eine oder andere Spannung noch nachträglich zu regulieren, .wenn der praktische Betrieb dies erforderlich machen sollte. Die Spannung für beide Entladungsvorrichtungen kann in jedem Fall einem einzigen Hochspannungs transformator entnommen werden.
Gegebenenfalls werden an dem Hochspannungstransformator mehrere Anzapfungen vorgesehen, so dass man die eine oder andere Spannung innerhalb gewisser Grenzen variie ren kann.
Für die Erzeugung der Büschelentladung kann man sich der an sich bekannten Methode bedienen, indem man einer ebenen geerdeten Elektrode eine Vielzahl von Spitzen gegenüber anordnet, die ihrer seits auf einem hohen elektrischen Potential liegen. Da diese bekannte Methode jedoch gewisse Schwierig keiten bezüglich der Einstellung eines genau gleichen Abstandes aller Spitzen von der ebenen Elektrode macht, ist es zweckmässig, die spannungsführende Elektrode der Büschelentladun_5 mit einer Schneide zu versehen. Die Länge dieser Schneide lässt sich im Einzelfall durch den Fachmann vermittels eines Vorver- suches leicht feststellen.
Die Anordnung der Schneide in bezug auf die geerdete flache Elektrode ist so ge wählt, dass keine Gasanteile sich der Behandlung durch die Büschelentladung entziehen können.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Gesamteinrichtung in einem senk rechten Schnitt. Fig. 2 bis 6 zeigen Ausführungsformen der spannungsführenden Elektrode für die Büschelentla- dung, wobei die geerdete flächige Elektrode die Form eines Zylinders aufweist.
Fig.7 zeigt die Ausbildung der Elektroden für die Büschelentladung bei ebener geerdeter Elektrode. Die Einrichtung gemäss Fig. 1 besteht aus einem metallisch geerdeten Gehäuse 1, welches einen Gas- einlass 2 und einen Gasauslass 3 aufweist. Auf dem Deckel 4 des Gehäuses ist der Isolator 5 angeordnet, durch den die spannungsführenden Leitungen in die Behandlungseinrichtung eingeführt werden. Das durch Leitung 2 einströmende Gas gelangt zunächst in den Bereich der Sprühdrähte 6, an die über die Sammel schiene 7 und die zentrale Leitung 8 eine elektrische Spannung von beispielsweise 50000 Volt angelegt wird.
In dem stark inhomogenen Sprühfeld, welches sich im Bereich zwischen den Sprühdrähten 6 und den geerdeten Gegenelektroden 9 ausbildet, werden die Schwebeteilchen des Gases aufgeladen, zur Gegen elektrode 9 gezogen und dort abgeschieden. Die sehr feinen Schwebeteilchen gelangen jedoch bei einer bestimmten Gasgeschwindigkeit noch nicht bis zu den Gegenelektroden 9 und würden normalerweise im Gas verbleiben. Deshalb ist im Anschluss an das inhomogene Sprühfeld ein homogenes Feld 10 grosser Feldstärke vorgesehen, in welchem auch die sehr feinen Schwebeteilchen an der Gegenelektrode 9 ab geschieden werden.
Das homogene Feld 10 kommt dadurch zustande, dass der Sprühdraht 6 sozusagen auf ein Vielfaches seiner normalen Dicke erweitert ist, so dass er etwa die mit<B>11</B> bezeichnete Form annimmt, d. h. einen nur wenig kleineren Krümmungsradius hat als die Gegenelektrode 9. Bildet man die Gegen elektrode 9 nicht als rohrförmige, sondern als Platten elektrode aus, so wird auch die Elektrode 11 in ent sprechender Weise eben ausgeführt.
Das auf diese Weise weitgehend auch von den feinen Schwebeteilchen befreite Gas gelangt an schliessend in den Bereich der Büschelentladung 12. Die spannungsführende Elektrode der Büschelentla- dung besteht aus einem metallischen Zylinder 13, auf welchem in gewissen Abständen ringförmige Schei ben 14 angeordnet sind, deren Rand in einer Schneide ausläuft, an der die Büschelentladung 15 ansetzt. Der Metallzylinder 13 erhält elektrische Spannung über die Sammelschiene 16 und den Metallzylinder 17, der gegen die elektrische Leitung 8 durch einen Isolierzylinder 19 isoliert ist.
Das auf diese Weise von den Schwebeteilchen und dem Stickoxyd befreite Gas verlässt die Einrichtung durch die Abzugsleitung 3.
Die Ausbildung der Büschelentladungseinrichtung ist nicht an die hier dargestellte Ausführungsform ge bunden, sondern kann, wie im folgenden näher be schrieben wird, in mannigfacher Weise abgeändert werden.
In der Fig. 2 ist die geerdete Elektrode der Büschelentladung in Form eines _geschlossenen, senk recht angeordneten Zylinders 21 ausgebildet. In der Achse des Zylinders befindet sich ein Metallstab 22, der mit einem Aussengewinde 23 versehen ist. Statt des durchgehenden Aussengewindes können auf dem :Metallstab auch einzelne Gruppen von Gewinde gängen, wie bei 24 angedeutet, eingeschnitten sein, zwischen denen zylindrische Stücke 25 liegen.
Wenn die Gewindegänge mit einiger Präzision geschnitten sind, so dass die Grate der Gewinde alle auf einem Zylindermantel liegen, lässt sich durch eine verhält nismässig einfache Justierung des Metallstabes 22 ein gleichmässiger Abstand aller Gewindegänge von der geerdeten Elektrode 21 erzielen, so dass die Büschel entladung den ganzen freien Raum zwischen den bei den Elektroden ausfüllt. Eine dieser Büschelentladun- gen ist bei 26 angedeutet. Das zu behandelnde Gas wird unten in die zylindrische Elektrode eingeführt und strömt aufwärts durch die Büschelentladungen hindurch.
In der Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Elektrod'enausbildung mit verschiedenen Varianten dargestellt. In der Achse der geerdeten Zylinder elektrode 21 befindet sich ein Metallstab 27, welcher ringförmige bzw. scheibenförmige Körper trägt, die die verschiedenste Ausbildung haben können. Diese scheibenförmigen Körper werden durch zylinderför- mige Distanzstücke 28 unter einem gewissen Abstand voneinander gehalten.
Mit 29 ist eine scheibenförmige Elektrode bezeichnet, die einen einseitig abgeschräg ten Rand aufweist, so d'ass die Büschelentladung nur an einem kreisförmigen Rand, nämlich dem mit dem grösseren Durchmesser, ansetzt. Man kann auch zwei solcher einseitig abgeschrägten Kreisscheiben zu einer Doppelscheibe vereinigen, wie bei 30 angedeutet. Schliesslich ist es auch möglich, die Mantelfläche einer solchen Kreisscheibe mit einer runden oder eckigen Auskerbung zu versehen, wobei die Auskerbung eine solche Tiefe hat, dass die kreisförmigen Kanten der Scheiben einen Winkel einschliessen, der kleiner, ins besondere beträchtlich kleiner als 90 ist. Solche Scheibenelektroden sind bei 31 und 32 dargestellt.
Wenn die Kanten der in Fig.3 dargestellten Scheibenkörper sehr scharf .ausgebildet sind, tritt ein gewisses Abbrennen dieser Kanten wegen der hohen Flächenbelastung auf. Um in einem solchen Falle nicht den Körper insgesamt auswechseln zu müssen, kann man dem Scheibenkörper auch die in Fig.4 dargestellte Form geben. Bei dieser Ausführungsform der spannungsführenden Elektrode ist ein schmaler Metallring 33 aus einem dünnen, jedoch hochwertigen Blech, beispielsweise V4A-Stahl oder Wolfram, vor gesehen, welcher in einer entsprechenden Aussparung einer Scheibe 34 liegt. Durch eine weitere Deck scheibe 35 wird der Ring 33 dann in seiner Lage ge halten und gleichzeitig zentriert.
Wenn die scharfe Kante des Metallringes 33 abgebrannt ist, so genügt es, nur diesen zu ersetzen. Die übrigen Scheiben 34 und 35 können dann ohne weiteres wiederverwendet werden.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 ist inner halb der Zylinderelektrode 21 wiederum ein Metall- Stab 27 angeordnet, auf den ein Draht 36 in Schrau- benlinienform aufgewickelt ist, der einen eckigen Querschnitt aufweist. Insbesondere eignet sich für diesen Zweck ein Draht mit dreieckigem Querschnitt. Die eine Dreiecksfläche liegt dann immer auf dem Metallstab 27 auf, während die gegenüberliegende Kante in den freien Raum hineinsteht und die Ansatz linie für die Büschelentladung bildet.
Eine weitere Ausführungsform stellt die Fig.6 dar. In der Achse der Zylinderelektrode 21 ist ein Metallstab 37 angeordnet, dessen Querschnitt ein re gelmässiges Vieleck bildet. In vorliegendem Falle wird der Querschnitt durch ein Quadrat dargestellt. Der Stab hat jedoch nicht seine ursprünglich gerade Form, - d. h. alle Kanten sind parallele, gerade Linien - sondern ist in sich so verwunden, dass die Kanten des Stabes um dessen Achse herumlaufen, und zwar wenigstens einmal auf der Länge der Behand lungseinrichtung.
Die Verwindung des Stabes ist notwendig, um zu vermeiden, dass gewisse Anteile des zu behandelnden Gases die Behandlungseinrich tung durchströmen können, ohne durch eine Büschel entladung hindurchgegangen zu sein. Das Gas strömt nämlich im wesentlichen in parallelen Strömen von unten nach oben und würde dann, wenn die Kanten des Stabes alle parallele, gerade Linien sind, zum Teil auch durch Zonen fliessen können, in denen keine elektrische Büschelentladung herrscht.
Ist aber der Stab, wie vorgeschlagen, in sich verwunden, und zwar so, dass wenigstens eine Umwindung auf der Länge der Behandlungseinrichtung erfolgt, so müssen alle Gasanteile wenigstens einmal durch eine Büschelent- ladung hindurch.
Während bei den bisher beschriebenen Ausfüh rungsformen die geerdete Elektrode der Büschelent- ladung als Zylinderelektrode ausgeführt ist, hat die geerdete Elektrode bei der Ausführungsform gemäss Fig. 7 die Form einer ebenen Platte 38, wie sie auch schon bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art verwendet wurde.
Die spannungsführende Gegen elektrode besteht nunmehr aber nicht aus einer Serie von Spitzen, sondern aus einem langgestreckten, ebenen Elektrodenkörper, dessen ebenfalls lanb gestreckte Kante als Ansatz für die Büschelentladung dient. Dieser langgestreckte Elektrodenkörper kann beispielsweise in Form einer vergleichsweise dickeren Platte 3<B>9</B> ausgebildet sein, deren schmale Längsflächen mit einer Aussparung 40 derart versehen sind, dass scharfe Kanten 41 entstehen, die jeweils einen Winkel von weniger als 90 einschliessen.
Die Büschelent- ladung wird also praktisch ausschliesslich an den Längskanten des Elektrodenkörpers ansetzen, wie bei 42 angedeutet. Man kann die langgestreckte span nungsführende Elektrode jedoch auch als eine dünne Metallscheibe 43 ausbilden, die teilweise von zwei dickeren Platten 44 und 45 überdeckt und getragen wird.
Die verschiedenen Elektrodenformen und An ordnungen, die für die Büschelentladung gemäss den Fig. 2 bis 7 bestimmt sind, behalten ihre vorteilhaften Eigenschaften natürlich auch dann, wenn sie in einer Einrichtung verwendet werden, die ausschliesslich zur Entfernung von Stickoxyd aus Gasen dient.