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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für
das Reinigen von säurehältigen Abgasen.
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Üblicherweise
ist es einer der allerletzten Arbeitsschritte bei der Herstellung
von Gegenständen aus Edelstahl, die Oberflächen
der Edelstahlteile zu beizen. Das bedeutet, die Oberflächen
werden mit Säuren, – typischerweise einem Gemisch
aus Salpetersäure, Salzsäure und Fluorwasserstoffsäure – benetzt.
Dadurch wird eine blanke Oberfläche erhalten, welche nicht
nur von Verunreinigungen sondern auch von Verfärbungen durch
Anlassfarben frei ist. Vor allem beim sogenannten Sprühbeizen,
bei welchem Gegenstände durch Besprühen mit Säuren
und anschließend mit Wasser gebeizt werden, entsteht in
erheblichem Maß Abluft, welche mit Säuren und
weiteren gesundheits- und umweltgefährdenden Tröpfchen,
Dämpfen oder Staubpartikeln angereichert ist. Vielerorts
wird diese Abluft einfach in die Umwelt geblasen. Es gibt auch Verfahren
und Vorrichtung um diese Abluft zu reinigen.
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Gemäß der
AT 404 678 B wird
ein Strom eines säurehältigen Gasgemisches gereinigt,
indem er in mehrfacher Weise mit einer Flüssigkeit in Kontakt
gebracht wird, welche die unerwünschten Stoffe aus dem Gasgemisch
heraus absorbiert. Dazu werden erst in einem sogenannten Venturiwäscher
Tröpfchen der Flüssigkeit in den Gasstrom gegeben,
dann wird der Gasstrom durch einen mit Füllkörpern
gefüllten Turm im Gegenstrom zu darin von oben nach unten
rieselnder Flüssigkeit geführt, dann durch ein
vertikal verlaufendes Rohr nach unten geführt, wobei am
oberen Ende des Rohres Flüssigkeit eingesprüht
wird. Das Verfahren bzw. die Anlage eignet sich zwar gut für
stark kontaminierte Gasströme, ist aber für normale
Beizluftwäsche in Anschaffung und Betrieb zu aufwendig.
Zudem besteht bei Adsorptionskolonnen, bei denen Gas und Flüssigkeit im
Gegenstrom durch einen mit Füllkörpern gefüllten
Hohlraum bewegt werden, die Gefahr, dass sich zum Einen solche Querschnittsberei che
herausbilden in denen immer nur Gas fließt und zum Anderen
solche Querschnittsbereiche in denen immer nur Flüssigkeit
fließt, sodass also Gas und Flüssigkeit wenig
miteinander in Kontakt kommen.
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In
der
GB 1 537 034 A wird
vorgeschlagen, zu reinigendes, säurehältiges Gas
in den unteren Bereich eines Flüssigkeitsbades einzublasen
und nach dessen Aufsteigen aus der Flüssigkeit durch mehrere, über
der Flüssigkeit angeordnete Schichten von Aktivkohle zu
leiten. Damit ausreichende Reinigungswirkung erzielt wird, ist erhebliche
Aufwand für das Bereithalten von aufnahmefähiger
Aktivkohle erforderlich.
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Gemäß der
US 6 214 097 B1 werden
in einen Gasstrom Tröpfchen einer Waschflüssigkeit
eingesprüht und später an der Außenseite
einer Kurve des Fließkanals unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft
wieder herausgefiltert. Nachteilig an dem Verfahren bzw. der Anlage
ist die mangelnde Robustheit auf Grund der erforderlichen feinen
Einsprühdüsen. Für eine gute Reinigungswirkung
ist zudem ein sehr großes Volumen der Anlage erforderlich.
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Wie
beispielsweise durch die
AT
154357 B gezeigt, ist es schon seit den dreißiger
Jahren des vorigen Jahrhunderts bekannt, dass für Destillationszwecke,
aber auch für das Waschen von Stäuben aus Gasen,
Kolonnen verwendet werden können, bei denen ein Gasstrom
von unten nach oben durch einen Turm mit kreisförmigem
Querschnittsumfang bewegt wird, wobei der Gasstrom durch Zwischenböden
und turbinenschaufelartig angeordnete, feststehende Leitwände
in mehreren übereinander liegenden Etagen jeweils radial
von innen nach außen und zirkulierend also in Umfangsrichtung
bewegt wird und wobei im Gegenstrom dazu eine Flüssigkeit
von oben nach unten durch die einzelnen Etagen fließt.
Für die Befreiung von Luft- oder Gasströmen von
mitgeführten Säuren bzw. sauren Bestandteilen
und insbesondere für die Reinigung von Abluft aus Beizhallen
wurde das Prinzip nie vorgesehen.
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Der
Erfinder war vor die Aufgabe gestellt, eine Anlage und ein Verfahren
für den Betrieb derselben bereit zu stellen, durch welche
die beim Behandeln von Edelstahloberflächen mit Säuren
anfallende Abluft gereinigt wird. Gegenüber den bisher
dafür vorgesehen Methoden soll mit geringerem apparativem
Aufwand das Auslangen gefunden werden.
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Erfindungsgemäß ist
zum Lösen der Aufgabe vorgesehen, die säurehältige
Abluft von unten nach oben im Gegenstrom zu einer von oben nach
unten bewegten Waschflüssigkeit durch eine Kolonne zu führen, deren
Bauart in den wesentlichen Aspekten der in der
AT 154357 B gezeigten Bauart
gleich ist. Der zu reinigende Gasstrom wird von unten nach oben
durch einen Turm bewegt, wobei der Gasstrom durch jeweils mit mindestens
einer Öffnung versehene Zwischenböden und turbinenschaufelartig
angeordnete Leitwände in mehreren übereinander
liegenden Etagen jeweils radial von innen nach außen und
zirkulierend also in Umfangsrichtung bewegt wird und wobei im Gegenstrom
dazu eine Flüssigkeit von oben nach unten durch die einzelnen
Etagen fließt.
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Die
Erfindung wird an Hand von skizzenhaften Zeichnungen zu einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht und näher erklärt.
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1:
zeigt in seitlicher Teilschnittansicht eine Kolonne für
das erfindungsgemäße Reinigen von Abgasen, welche
beim Behandeln von Edelstahloberflächen mittels Säuren
entstehen.
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2:
ist eine horizontale Schnittansicht der Kolonne von 1 mit
der Schnittebene „A-A” von 1.
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Die
beispielhaft gezeigte Kolonne ist im Wesentlichen kreissymmetrisch
um eine vertikale Achse 12 aufgebaut. Ihr Hohlraum wird
durch eine kreiszylinderschalenförmige Mantelfläche 6,
eine nach unten spitz zulaufende kegelförmige Bodenfläche
und eine ebene obere Deckfläche begrenzt. In den Hohlraum
sind in mehreren Etagen übereinander Verwirbelungseinrichtungen 8, 9 eingebaut.
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Die
Verwirbelungseinrichtungen 8, 9 bestehen jeweils
aus einem annähernd horizontal angeordneten, annähernd
kreisringförmigen Zwischenboden 8.1, 9.1,
mehreren turbinenschaufelartig angeordneten Leitflächen 8.2 und
einem annähernd kreisflächenförmigen
Zwischenboden 8.3. Alle genannten Teile sind typischerweise
aus Edelstahlblechen gebildet.
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Die
kreisringförmigen Zwischenböden 8.1, 9.1 liegen
mit ihrer äußeren Randlinie an der Mantelfläche 6 der
Kolonne an. In ihrer Flächenmitten haben sie eine große
kreisflächenförmige Öffnung. Die kreisringförmigen
Zwischenböden 8.1 sind von der äußeren
zur inneren Randlinie etwas nach unten geneigt, sodass sie genaugenommen
einen relativ flache, nach unten ausgerichtete Kegelstumpfmantelfläche
bilden. Der kreisringförmige Zwischenboden 9.1 der
obersten Verwirbelungseinrichtung 9 ist umgekehrt geneigt,
er bildet also eine relativ flache, nach oben ausgerichtete Kegelstumpfmantelfläche.
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Eine
Mehrzahl von zueinander gleichen Leitflächen 8.2 sind
mit gleichem Radialabstand zur Achse 12 außerhalb
dieser Öffnung auf dem kreisringförmigen Zwischenboden 8.1, 9.1 angeordnet.
Zueinander sind benachbarte Leitflächen 8.2 um
ein konstantes Winkelrastermaß verdreht und am Umfang um
die Achse der Kolonne beabstandet. Die einen länglichen
Streifen darstellenden, horizontalen Querschnittsflächen
der Leitflächen sind aus der Radialrichtung um die Achse 12 um
einen spitzen Winkel in Umfangsrichtung geneigt, wobei idealerweise
mit steigendem Radialabstand die zur Umfangsrichtung parallele Richtungskomponente
zunimmt, sodass die Kanalbreite zwischen benachbarten Leitflächen
an allen Radialbereichen annähernd gleich ist. Die Leitflächen 8.2 sind
typischerweise durch gekrümmte, ursprünglich rechteckförmige
Edelstahlbleche gebildet. Typischerweise sind die Krümmungsachsen
vertikal ausgerichtet.
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An
den oberen Randlinien der Leitflächen 8.2 oder über
Streben (nicht dargestellt) an der Mantelfläche 6 abgestützt
sind die kreisflächenförmigen Zwischenböden 8.3 angeordnet.
Ihr Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser
der Mantelfläche 6, sodass zwischen ihnen und
der Mantelfläche 6 ein ringförmiger Spalt
bleibt. Die kreisflächenförmigen Zwischenböden 8.1 sind
von ihrer Mitte zu ihrer Randlinie hin leicht geneigt, sodass sie
genau genommen einen flache Kegelmantelfläche darstellen.
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Der
zu reinigende Gasstrom 1 fließt am unteren Rand
der kreiszylinderschalenförmigen Mantelfläche 6 durch
ein zur Umfangsrichtung dieser Mantelfläche annähernd
tangential angeordnetes Rohr 5 in die Kolonne hinein und
verlässt diese als gereinigter Gasstrom 2 durch
das in der Deckfläche der Kolonne angebrachte Rohr 11.
Der Antrieb für die Bewegung des Gasstroms wird am besten
durch einen Lüfter (nicht dargestellt) gebildet, welcher
im Anschluss an das Rohr 11 angebracht ist und also den
Gasstrom durch die Kolonne saugt.
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Der
Gasstrom fließt 1 bezüglich der kreisförmigen
Querschnittsebene der Kolonne schon in tangentialer Richtung in
die Kolonne hinein und bildet dort eine zirkulierende Strömung.
Von unten nach oben wird er in mehreren Durchgängen erst
außen an einem kreisflächenförmigen Zwischenboden 8.1 vorbei,
dann radial nach innen zur mittleren Öffnung des darüber
liegenden kreisringförmigen Zwischenbodens 8.3,
dann durch dessen Öffnung hindurch radial nach außen
und in Umfangsrichtung drehend zwischen den Leitflächen 8.2 hindurch
bewegt. Zusätzlich zu seiner nach oben führenden
Bewegungskomponente führt der Gasstrom somit eine in Umfangsrichtung
zirkulierende Bewegung und eine mehrfach zwischen radial nach innen
und radial nach außen umgelenkte Bewegung durch.
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Über
dem Zentrum des kreisflächigen Zwischenbodens 8.1 des
nach oben hin vorletzten Verwirbelungskörpers 8 wird
durch eine Rohrleitung kontinuierlich Waschflüssigkeit 3 in
die Kolonne zugeführt. Durch die Wirkung der Schwerkraft
gelangt sie von Zwischenboden zu Zwischenboden zu der konischen
Bodenfläche und fließt durch die Mittenöffnung
dieser Bodenfläche hindurch in das darunter befindlichen
Sammelbecken 7.
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Durch
die in Gegenrichtung bewegte, turbulente zirkulierende Gasströmung,
wird die Waschflüssigkeit vor allem von den Ecken und Kanten
der Zwischenböden und Leitflächen weg gerissen
und in Flüssigkeitsschleier und Sprühregen zerteilt,
sodass es zu einer intensiven Berührung und Durchmischung
von Waschflüssigkeit und Gas kommt.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen die Waschflüssigkeit, beispielsweise durch Messen
des ph-Wertes und dementsprechend angepasste Zugabe eines Laugenbildners
wie beispielsweise NaOH auf einen ph-Wert von mehr als 7 einzustellen.
Durch die intensive Berührung zwischen zumindest neutraler,
besser basischer Waschflüssigkeit und säurehältigem
Gasstrom, werden die Säurebestandteile aus dem Gasstrom
gewaschen.
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Die
mit den Säurebestandteilen angereicherte Waschflüssigkeit 4 läuft
durch den konischen Bodenablauf der Kolonne in ein am besten direkt
unter Kolonne angeordnetes Sammelbecken 7. Im Sammelbecken 7 kann
der ph-Wert der Waschflüssigkeit gemessen werden und je
nach Bedarf kann Laugenbildner zugesetzt werden. Aus dem Sammelbecken
wird die Waschflüssigkeit abgesaugt und über eine
Umwälzpumpe – je nach Bedarf ergänzt
mit neu hinzukommender Waschflüssigkeit – als
frische Waschflüssigkeit 3 wieder der Kolonne zugeführt.
Von Zeit zu Zeit ist die vielfach durch die Kolonne geflossene Waschflüssigkeit
als Ganzes durch neue Waschflüssigkeit zu ersetzen.
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Die
oberste Verwirbelungseinrichtung 9 ist als Flüssigkeitsabscheider
ausgebildet. Dazu ist ihr kreisringförmiger Zwischenboden 9.1 nach
außen hin geneigt, sodass Flüssigkeitströpfchen,
welche zufolge Fliehkraft an die äußere Mantelfläche 6 geschleudert
werden, nicht zurück in den Gasstrom fließen,
sondern nach außen hin über einen (nicht dargestellten)
Ablauf abgeführt werden können. Nach einem Raum 10 über
der letzten Verwirbelungsein richtung in welchem sich die Turbulenzen
des Gasstromes beruhigen, wird der Gasstrom 2 durch eine Öffnung
in deren Deckfläche aus der Kolonne herausgeführt.
Er ist praktisch vollständig von Säuredämpfen
und damit einhergehenden Verunreinigungen befreit.
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Er
kann entweder als Abluft über dem Hallendach in die Umwelt
geleitet werden, oder er kann – ganz oder teilweise – wieder
in die Halle zurückgeführt werden, womit im Fall,
dass die Außenluft kälter als die Hallenluft ist,
Heizenergie gespart werden kann.
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Als
beispielhafte Dimensionierung, bei welcher gute Ergebnisse erzielbar
sind sei genannt:
| Volumen der Geizhalle: | 800 m3 |
| Abluftstrom: | 7000 m3/h
(bedeutet Luftwechsel ca. |
| | alle sieben Minuten) |
| Höhe der Waschkolonne: | 5000 mm |
| Durchmesser der Waschkolonne: | 1400 mm |
| Strom der Waschflüssigkeit: | 4 bis 5 m3/h |
| Leistung des Lüfters | 11 kW |
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Die
wesentlichsten Schadstoffe, die in einer Beizhalle entstehen sind:
- – NOX (Stickoxide); sie entstehen
durch Nitrieren der Metalle Fe, Ni und Cr. NOX sind schwerer als
Luft und sinken zu Boden.
- In überwiegenden Maß entsteht NO2. Mit Wasser
reagiert NO2 zu Salpetersäure. Aufgrund des Absinkens der
NOX sollte Ablauft aus Beizhallen vorwiegend von Bodennähe
weg gesaugt werden.
- – HF (Fluorwasserstoff) HF ist sehr hydrophil und wird
aus diesem Grund vorwiegend in wässriger Lösung des
Geizfilms am Bauteil verbleiben. Dieser Schadstoff wird in geringem
Maß durch den Sprühvorgang als Aerosol an die
Arbeitsluft abgegeben.
- – HNO3 (Salpetersäure) – ist wie
HF Bestandteil der Beize und wird durch den Sprühvorgang
als Aerosol an die Arbeitsluft abgegeben.
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Durch
die erfindungsgemäße Reinigung der Hallenluft
bei Dimensionen wie in dem obigen Beispiel angegeben, können
diese Stoffe sowie weitere gegebenenfalls in Geizhallen anfallende
Schadstoffe so vollständig aus der Abluft entfernt werden,
dass diese nach der Reinigung theoretisch beliebig oft in die Halle
rückgeführt werden kann, ohne dass sich Schadstoffe
aufkumulieren. Damit kann durch rasche Absaugung von belasteter
Abluft ein sehr komfortabler Betrieb eingestellt werden ohne dass
deswegen die Umwelt mit Schadstoffen belastet wird und ohne dass
damit nennenswert Heizenergie für frisch hinzuzuführende
Raumluft anfällt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - AT 404678
B [0003]
- - GB 1537034 A [0004]
- - US 6214097 B1 [0005]
- - AT 154357 B [0006, 0008]