CH624857A5

CH624857A5 - Process and appliance for mixing gas into a liquid

Info

Publication number: CH624857A5
Application number: CH1248677A
Authority: CH
Inventors: Wenzel Brenik; Dieter Rebhan
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1977-10-12
Publication date: 1981-08-31
Also published as: AT348455B; FR2368990B3; DE2649126A1; ATA520377A; FR2368990A1; NL7711587A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit mit einem Gas, welches im wesentlichen aus Luft oder sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff besteht und einer unter Druck stehenden Gasversorgungseinheit entnommen wird, wobei das sich in der Flüssigkeit nicht lösende Gas wieder aufgefangen und der Flüssigkeit erneut zugeführt wird. The invention relates to a method and a device for gassing a liquid with a gas which essentially consists of air or oxygen-enriched air or oxygen and is removed from a pressurized gas supply unit, the gas which does not dissolve in the liquid being collected again and the liquid is fed again.

Die Vorteile, die sich durch eine Sauerstoffbegasung einer Flüssigkeit ergeben, sei es, dass die Flüssigkeit ein mit organischen Verunreinigungen angereichertes Abwasser oder ein kurz vor dem Umkippen stehendes Naturgewässer ist, sind allgemein bekannt. Demzufolge sind die unterschiedlichsten Verfahren und Vorrichtungen im Gebrauch, die sich bei der Sauerstoffbegasung mit dem Problem des günstigsten Verhältnisses des in der Flüssigkeit gelösten Sauerstoffanteils zu dem sich in der Flüssigkeit nicht lösenden Sauerstoffanteil befassen. The advantages that result from an oxygen gassing of a liquid, be it that the liquid is a wastewater enriched with organic contaminants or a natural water that is about to tip over, are generally known. As a result, a wide variety of methods and devices are used which deal with the problem of the most favorable ratio of the oxygen fraction dissolved in the liquid to the oxygen fraction not dissolving in the liquid when gassing with oxygen.

So ist ein Verfahren zur Sauerstoffanreicherung eines stehenden Naturgewässers bekannt, bei dem aus der am wenigsten Sauerstoff enthaltenden Wasserschicht am Grunde des Sees Wasser mittels einer Lufthebepumpe zur Oberfläche des 5 Sees gefördert und nach der Berührung mit der Atmosphäre in die ursprüngliche Tiefe zurückgeleitet wird. Mit diesem Verfahren wird zwar bei einem kurz vor dem Umkippen stehenden Naturgewässer die Gefahr berücksichtigt, dass ein Vermischen der immer noch sauerstoffreicheren Oberflächenschicht io mit der sauerstoffärmeren Grundschicht des Gewässers einen vollständigen Mangel an Sauerstoff innerhalb des Gewässers zur Folge hat, jedoch ist dieses Verfahren sehr energieaufwendig, erfordert umfangreiche Ausrüstungen und weist einen schlechten Wirkungsgrad auf, da das Wasser bei Atmosphä-15 rendruck mit Luft in Berührung gebracht wird, wobei die Sau-erstofflöslichkeit des Wassers verhältnismässig gering ist. For example, a method for oxygen enrichment of a standing natural water is known, in which water is conveyed from the least oxygen-containing water layer at the bottom of the lake to the surface of the lake by means of an air pump and returned to the original depth after contact with the atmosphere. Although this method takes into account the risk of a natural water that is about to tip over, that mixing the still more oxygen-rich surface layer io with the lower-oxygen base layer of the water results in a complete lack of oxygen within the water, but this method is very energy-intensive , requires extensive equipment and has a poor efficiency, since the water is brought into contact with air at atmospheric pressure, whereby the oxygen solubility of the water is relatively low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Begasen einer Flüssigkeit zu entwickeln, das bei einem weitgehend energieunabhängigen Eintrag von Gasen in eine 20 Flüssigkeit einen hohen Wirkungsgrad in bezug auf das Verhältnis des in der Flüssigkeit gelösten Gasanteils zu dem aus der Flüssigkeit entweichenden Gasanteil erreicht. The invention has for its object to develop a method for gassing a liquid that achieves a high degree of efficiency in relation to the ratio of the gas fraction dissolved in the liquid to the gas fraction escaping from the liquid when gases are introduced into a liquid largely independently of energy .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Gas mit hoher Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 25 in flüssiger Form zugeführt wird. This object is achieved according to the invention in that the gas is supplied to the liquid 25 in liquid form at a high flow rate.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass beim Einleiten von verflüssigtem Gas in tiefkaltem Zustand mit grosser Strömungsgeschwindigkeit in eine Flüssigkeit die Bildung von mikrofeinen Tropfen des Gases erreicht wird, und dass die da-30 bei auftretende Temperaturdifferenz zwischen der zu begasenden Flüssigkeit und dem verflüssigten Gas, die in der Regel einen sehr hohen Wert annimmt, zu einem schlagartigen Verdampfen der mikrofeinen Tropfen zu Bläschen führt. Auf diese Weise wird, nicht zuletzt aufgrund des Druckgefälles zwi-35 sehen verflüssigtem Gas und druckloser umgebender Flüssigkeit, eine Feinstverteilung des Gases in der Flüssigkeit ermöglicht, mit der sichergestellt werden kann, dass ein relativ grosser Anteil des Gases in der Flüssigkeit gelöst wird. The invention is based on the knowledge that the introduction of liquefied gas in the cryogenic state with high flow velocity into a liquid leads to the formation of microfine drops of the gas, and that the temperature difference between the liquid to be gassed and the liquefied gas occurs , which usually takes a very high value, leads to a sudden evaporation of the microfine drops into bubbles. In this way, not least due to the pressure difference between the liquefied gas and the unpressurized surrounding liquid, a very fine distribution of the gas in the liquid is made possible, with which it can be ensured that a relatively large proportion of the gas is dissolved in the liquid.

Da das verflüssigte Gas in der Gasversorgungseinheit in 40 komprimierter Form gelagert wird, ist es vorteilhaft, das verflüssigte Gas durch das zwischen dem Inneren der Gasversorgungseinheit und einer Begasungsstelle in der zu begasenden Flüssigkeit vorhandene Druckgefälle zu transportieren. Damit kann der im Inneren der Gasversorgungseinheit herrschende 45 Druck für den Transport des flüssigen Gases in einer isolierten Leitung zu der Begasungsstelle ausgenutzt werden. Dabei ist die mögliche Absenktiefe der Begasungsstelle in der Flüssigkeit so zu wählen, dass immer ein ausreichendes Druckgefälle zwischen Gasversorgungseinheit und Begasungsstelle vorhan-50 den ist, da davon die Einströmgeschwindigkeit des verflüssigten Gases in die Flüssigkeit abhängig ist. Je tiefer sich jedoch die Begasungsstelle in der Flüssigkeit befindet, um so besser kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass eine unter Druck stehende Flüssigkeit eine verhältnismässig grosse Gaslöslich-55 keit besitzt. Since the liquefied gas is stored in compressed form in the gas supply unit, it is advantageous to transport the liquefied gas through the pressure gradient present in the liquid to be gassed between the interior of the gas supply unit and a gassing point. The pressure prevailing inside the gas supply unit can thus be used for the transport of the liquid gas in an insulated line to the fumigation point. The possible lowering depth of the fumigation point in the liquid must be selected so that there is always a sufficient pressure drop between the gas supply unit and the fumigation point, since the rate of inflow of the liquefied gas into the liquid depends on this. However, the deeper the fumigation point is in the liquid, the better the fact can be exploited that a liquid under pressure has a relatively high gas solubility.

Vorteilhafterweise wird dabei das Verhältnis zwischen der Menge des verflüssigten Gases und der mit ihm zusammengeführten Flüssigkeit geregelt. Durch die Regelung ist es möglich, je nach Grösse und Auslegung der an der Begasungsstelle 60 vorhandenen Begasungseinrichtung die Menge des in die zu begasende Flüssigkeit eingeleiteten, verflüssigten Gases in Abhängigkeit von der zu begasenden Flüssigkeit so einzustellen, dass ein Verdampfen des tiefkalten Gases ständig gewährleistet ist und ein Zusetzen der Begasungseinrichtung durch die 65 Veränderung des Aggregatzustandes von der flüssigen in die feste Phase verhindert wird. The ratio between the amount of liquefied gas and the liquid combined with it is advantageously regulated. The regulation makes it possible, depending on the size and design of the gassing device at the gassing point 60, to adjust the amount of the liquefied gas introduced into the liquid to be gassed, depending on the liquid to be gassed, so that evaporation of the cryogenic gas is constantly ensured and clogging of the gassing device is prevented by the change in the physical state from the liquid to the solid phase.

Eine weiterhin vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, dass die zu begasende Flüssigkeit aus A further advantageous embodiment of the inventive concept consists in that the liquid to be gassed

3 3rd

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beliebiger Tiefe in einen gasdicht geschlossenen Druckbehälter eingeleitet, der Flüssigkeit vor dem Einleiten in den Druckbehälter über die Begasungsstelle verflüssigtes Gas aus der unter Druck stehenden Gasversorgungseinheit zugemischt, das sich in der Flüssigkeit nicht lösende Gas aus dem Druckbehälter der Begasungsstellen wieder zugeführt und die Flüssigkeit aus dem Druckbehälter in eine gewünschte Tiefe abgelassen wird. Diese Verfahrensweise ist besonders für die Begasung von stehenden Gewässern von Bedeutung, da eine wesentlich bessere Vermischung und Löslichkeit des verflüssigten Gases in einem Flüssigkeitsstrom, in dem das verdampfende und in Bläschen übergehende Gas mitgerissen wird, erreicht werden kann. Dabei kann das sich im Druckbehälter über dem Flüssigkeitsspiegel sammelnde Gas über eine mit einem Druckventil ausgestattete Leitung zu der Begasungsstelle zurückgeführt und unter Regelung des aus der Gasversorgungseinheit zuströmenden verflüssigten Gasstromes in die Flüssigkeit wieder eingeleitet werden. Durch Einstellen des Druckventils kann dann im Druckbehälter stets ein höherer Druck als der Atmosphärendruck aufrechterhalten werden, wodurch sich die Gaslöslich-keit in der Flüssigkeit erhöht. Auf diese Weise wird ein besonders hoher Begasungswirkungsgrad erzielt. of any depth introduced into a gas-tight pressure vessel, mixed with the liquid liquefied gas from the pressurized gas supply unit before being introduced into the pressure vessel via the gas supply point, the gas which does not dissolve in the liquid is fed back from the pressure vessel at the gas supply points and the liquid from the Pressure vessel is drained to a desired depth. This procedure is particularly important for the gassing of standing water, since a much better mixing and solubility of the liquefied gas can be achieved in a liquid flow in which the evaporating gas and entrained gas is entrained. The gas collecting in the pressure vessel above the liquid level can be returned to the fumigation point via a line equipped with a pressure valve and can be reintroduced into the liquid under control of the liquefied gas stream flowing from the gas supply unit. By adjusting the pressure valve, a pressure higher than the atmospheric pressure can then always be maintained in the pressure vessel, which increases the gas solubility in the liquid. In this way, a particularly high fumigation efficiency is achieved.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäs-sen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gasversorgungseinheit auf und die Begasungsstelle sowie eine Gasauffangeinrichtung an einem auf der Flüssigkeit schwimmenden Schwimmkörper angeordnet sind und die Gasauffangeinrichtung über ein Druckventil und eine Gasrückführungsleitung mit der Begasungsstelle in Verbindung steht. A device for carrying out the method according to the invention is characterized in that the gas supply unit is arranged on and the gassing point and a gas collecting device on a floating body floating on the liquid and the gas collecting device is connected to the gassing point via a pressure valve and a gas return line.

Wird als Gasauffangvorrichtung ein geschlossener Druckbehälter verwendet, kann gemäss einer weiteren Ausbildungsform der Vorrichtung auf dem auf der Flüssigkeit schwimmenden Schwimmkörper die Gasversorgungseinheit und der Druckbehälter angeordnet sein, der Druckbehälter über eine Saug- und eine Druckleitung einer Pumpe und über eine Rückführungsleitung mit der Flüssigkeit in Verbindung stehen, in der Druckleitung der Pumpe die Begasungsstelle angeordnet sein und die Gasversorgungseinheit über eine Leitung und der Druckbehälter über eine Gasrückführungsleitung in seiner oberen Abschlussplatte mit der Begasungsstelle verbundensein. If a closed pressure vessel is used as the gas collecting device, according to a further embodiment of the device, the gas supply unit and the pressure vessel can be arranged on the floating body floating on the liquid, the pressure vessel can be connected to the liquid via a suction and a pressure line of a pump and via a return line stand, be arranged in the pressure line of the pump, the fumigation point and the gas supply unit via a line and the pressure vessel via a gas return line in its upper end plate with the fumigation point.

In den Fig. 1 und 2 sind Beispiele für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt, wobei in beiden Figuren für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. 1 and 2 schematically show examples of a device for carrying out the method according to the invention, the same reference numerals being used in both figures for the same parts.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der aus einer auf einem Schwimmkörper montierten Gasversorgungseinheit verflüssigtes Gas direkt in die zu begasende Flüssigkeit eingeleitet wird, 1 shows a device for carrying out the method in which liquefied gas is introduced directly from a gas supply unit mounted on a floating body into the liquid to be gassed,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem die zu begasende Flüssigkeit in einen Druckbehälter gepumpt und vor dem Druckbehälter mit verflüssigtem Gas angereichert wird. Fig. 2 shows an apparatus for performing the method in which the liquid to be gassed is pumped into a pressure vessel and enriched with liquefied gas in front of the pressure vessel.

In Fig. 1 ist auf einem Schwimmkörper 1 eine unter Druck stehende Gasversorgungseinheit 2 montiert, die über eine mit einem Ventil 8 absperrbare isolierte Leitung 7 mit einer eine Gaseintragseinrichtung aufweisenden Begasungsstelle 3 in der Flüssigkeit in Verbindung steht. Je nach vorhandenem Druck in der Gasversorgungseinheit 2 kann die Gaseintragseinrichtung in eine entsprechende Tiefe der zu begasenden Flüssigkeit abgesenkt und vom Schwimmkörper 1 aus in dieser Tiefe gehalten werden. Besteht somit ein Druckgefälle zwischen dem Inneren der Gasversorgungseinheit 2 und der Begasungsstelle 3 in der zu begasenden Flüssigkeit, so strömt das verflüssigte Gas von selbst über die isolierte Leitung 7 und die Gaseintragseinrichtung mit hoher Geschwindigkeit in die Flüssigkeit, vermischt sich mit dieser, verdampft durch die Temperaturdifferenz und entspannt sich zu mikrofeinen Bläschen. In Fig. 1, a pressurized gas supply unit 2 is mounted on a floating body 1, which is connected via an insulated line 7, which can be shut off with a valve 8, to a gassing point 3 in the liquid having a gas introduction device. Depending on the pressure present in the gas supply unit 2, the gas introduction device can be lowered to a corresponding depth of the liquid to be gassed and can be held at this depth from the floating body 1. Thus, if there is a pressure drop between the inside of the gas supply unit 2 and the gassing point 3 in the liquid to be gassed, the liquefied gas flows automatically through the insulated line 7 and the gas introduction device into the liquid at high speed, mixes with it and evaporates through it Temperature difference and relaxes to micro-fine bubbles.

Das sich in der Flüssigkeit nicht lösende Gas kann mit einer in der Flüssigkeit über dem Aufstiegsbereich der Gasbläschen schwimmenden, aus einem glockenförmigen Gehäuse bestehenden Gasauffangeinrichtung 4, die vom Schwimmkörper The gas which does not dissolve in the liquid can be separated from the floating body by a gas collecting device 4 which consists of a bell-shaped housing and which floats in the liquid above the rise area of the gas bubbles

I über Stahlseile in ihrer Stellung gehalten wird, wieder aufgefangen werden. Über ein an der Gasauffangeinrichtung 4 angebrachtes Druckventil 5 und eine das Druckventil 5 mit der isolierten Leitung 7 verbindende Gasrückführungsleitung 6, die in Richtung der Strömung des verflüssigten Gases in der Leitung 7 in diese einmündet, kann das in der Gasauffangeinrichtung 4 gesammelte Gas unter gleichzeitiger Regelung des flüssigen Gasstromes aus der Gasversorgungseinheit 2 über das Ventil 8 erneut in die Flüssigkeit eingebracht werden. Ausserdem kann mit dem Ventil 8 die Menge des zuströmenden verflüssigten Gases in die zu begasende Flüssigkeit so geregelt werden, dass ein Verdampfen des tiefkalten Gases ständig gewährleistet ist und ein Vereisen der Begasungsstelle 3 vermieden wird. I held in place by steel cables, to be caught again. Via a pressure valve 5 attached to the gas collecting device 4 and a gas return line 6 connecting the pressure valve 5 to the insulated line 7, which leads into the direction of the flow of the liquefied gas in the line 7, the gas collected in the gas collecting device 4 can be controlled simultaneously of the liquid gas stream from the gas supply unit 2 can be reintroduced into the liquid via the valve 8. In addition, the valve 8 can be used to regulate the amount of the liquefied gas flowing into the liquid to be gassed in such a way that evaporation of the cryogenic gas is constantly ensured and icing of the gassing point 3 is avoided.

In Fig. 2 ist ebenso auf einem Schwimmkörper 1 eine unter Druck stehende Gasversorgungseinheit 2 montiert. Des weiteren ist auf dem Schwimmkörper 1 ein gasdicht abgeschlossener Druckbehälter 9 sowie eine Pumpe 10, an die eine Saugleitung 2, a pressurized gas supply unit 2 is also mounted on a floating body 1. Furthermore, on the floating body 1 there is a gas-tight pressure vessel 9 and a pump 10 to which a suction line

II und eine mit dem Druckbehälter 9 in Verbindung stehende Druckleitung 12 angeschlossen ist, angeordnet. Mit der Saugleitung 11 fördert die Pumpe 10 aus beliebiger Tiefe die Flüssigkeit über die Druckleitung 12 in den Druckbehälter 9. In der Druckleitung 12 ist die Begasungsstelle 3 angeordnet, die über die isolierte Leitung 7 mit Ventil 8 mit der unter Druck stehenden Gasversorgungseinheit 2 in Verbindung steht. Dadurch kann in die in der Druckleitung 12 strömende Flüssigkeit energieunabhängig verflüssigtes Gas eingeleitet werden, das sich in der strömenden Flüssigkeit bei eigener hoher Strömungsgeschwindigkeit besonders gut zu mikrofeinen Tropfen verteilt und anschliessend durch die Temperatur und Druckdifferenz zwischen Gas und Flüssigkeit zu Bläschen verdampft. Nach dem Einleiten des so begasten Flüssigkeitsstromes in den Druckbehälter 9 steigt das in der Flüssigkeit sich nicht lösende Gas in den Raum über dem Flüssigkeitsspiegel auf und bildet dort ein Gasvolumen. Von dort kann es über im Deckel des Druckbehälters 9 angeordnete Druckventile 5 und eine mit der Begasungsstelle 3 in Verbindung stehende Gasrückführungsleitung 6 erneut in die Flüssigkeit eingebracht werden. Diese Druckventile 5 und ein in einer Rücklaufleitung 13 für das Ablassen der begasten Flüssigkeit aus dem Druckbehälter 9 angeordnetes Steuerventil 14 sind so ausgelegt, dass sich im Inneren des Druckbehälters 9 immer ein Druck oberhalb des Atmosphärendruckes einstellt, so dass der sich aufbauende Druck die Gaslöslichkeit in der Flüssigkeit unterstützt. Über die Rücklaufleitung 13 mit dem Steuerventil 14 kann die auf diese Weise mit Gas angereicherte Flüssigkeit in genügender Entfernung von der Saugstelle in eine gewünschte Tiefe zurückgeleitet werden. II and a pressure line 12 connected to the pressure vessel 9 is arranged. With the suction line 11, the pump 10 conveys the liquid via the pressure line 12 into the pressure vessel 9 from any depth. The gassing point 3 is arranged in the pressure line 12 and communicates with the pressurized gas supply unit 2 via the insulated line 7 with valve 8 stands. As a result, gas which is liquefied in an energy-independent manner can be introduced into the liquid flowing in the pressure line 12, which gas distributes particularly well into microfine drops in the flowing liquid at its own high flow rate and then evaporates into bubbles due to the temperature and pressure difference between gas and liquid. After the introduction of the liquid flow thus fumigated into the pressure vessel 9, the gas which does not dissolve in the liquid rises into the space above the liquid level and forms a gas volume there. From there it can be reintroduced into the liquid via pressure valves 5 arranged in the cover of the pressure vessel 9 and a gas return line 6 connected to the gassing point 3. These pressure valves 5 and a control valve 14 arranged in a return line 13 for draining the fumigated liquid from the pressure vessel 9 are designed such that a pressure above the atmospheric pressure is always established in the interior of the pressure vessel 9, so that the pressure building up in the gas solubility the fluid supports. Via the return line 13 with the control valve 14, the liquid enriched with gas in this way can be returned to a desired depth at a sufficient distance from the suction point.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

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55 55

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S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

624 857 PATENT CLAIMS

1. A method for gassing a liquid with a gas which consists essentially of air or oxygen-enriched air or oxygen and is removed from a pressurized gas supply unit (2), the gas which does not dissolve in the liquid being collected again and supplied to the liquid again is characterized in that the gas is supplied at high flow rate to the liquid in liquid form.

2. The method according to claim 1, characterized in that the liquefied gas is transported through the pressure drop present in the liquid to be gassed between the interior of the gas supply unit (2) and a gassing point (3).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio between the amount of liquefied gas and the liquid combined with it is regulated.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the liquid to be gassed introduced into a gas-tight pressure vessel (9), the liquid from the gas supply unit (2) mixed into the liquid before being introduced via the fumigation point (3) the gas that does not dissolve the liquid is fed back from the pressure vessel (9) to the gassing point (3) and the liquid is discharged from the pressure vessel (9) to a desired depth.

5. Apparatus for carrying out the method according to claim 2 or 3, characterized in that the gas supply unit (2) and the fumigation point (3) and a gas collecting device (4) are arranged on a floating body (1) floating on the liquid and the gas collecting device (4) is connected to the gassing point (3) via a pressure valve (5) and a gas return line (6).

6. The device according to claim 5 for carrying out the method according to claim 4 with the pressure vessel (9) as a gas collecting device, characterized in that the gas supply unit (2) and the pressure vessel (9) are arranged on the floating body (1) floating on the liquid, the pressure vessel (9) is connected to the liquid via a suction line (11) and a pressure line (12) of a pump (10) and via a return line (13), the fumigation point in the pressure line (12) of the pump (10) (3) is arranged and the gas supply unit (2) via a line (7) and the pressure vessel (9) via a gas return line (6) in its upper end plate with the gassing point (3).