DE102010053168A1 - Gaswäscher und / oder Gas- Flüssigkeitswärmeübertrager auf der Basis elekrostarisch geladener Aerosole. - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Gaswäsche und/oder Gas-Flüssigkeitswärmeübertrager auf der Basis elektrostatisch geladener Aerosole insbesondere gekennzeichnet dadurch dass, 1. eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit in ein Gas oder einem Gasgemisch dispergiert wird. 2. diese Flüssigkeit vor oder während der Dispergierung elektrisch leitend mit einem Pol einer Hochspannungsquelle verbunden ist, sodass diese eine elektrostatische Aufladung erfährt (Leitungsionisation). 3. der entgegengesetzt geladene Pol der Hochspannungsquelle die Abscheideelektrode darstellt. 4. mit der Abscheideelektrode die Phasentrennung erfolgt und die Gasphase getrennt von der oder den abgeschiedenen Phasen weggeführt wird. 5. die Abscheideelektrode als Zyklon ausgeführt sein kann, so das zusätzlich Fliehkräfte zur Abscheidung wirken können.

Description

• Einleitung
• Um Wärme von Flüssigkeiten an Gase zu übertragen oder Flüssigkeiten als Absorptionsmittel z. B. für Stäube, Gerüche, bestimmte Stoffe zu nutzen wird versucht zwischen der Flüssigkeit und dem Gas eine möglichst große Kontaktoberfläche und hinreichende Kontaktzeit zwischen beiden Phasen zu realisieren. Ähnliches gilt auch beim Einsatz von Feststoff-Gas Systemen oder auch Mehrphasensystemen wie z. B. bei Sprühtrocknern.
• 1. Stand der Technik
• Neben der Nutzung von Füllkörperkolonnen, umlaufenden Tuchfiltern oder ähnlichen mechanischen Einrichtungen, bei denen die Flüssigkeit auf meist festen Körpern großer Oberfläche verteilt wird. So werden große Kontaktflächen zwischen der oder den an der beabsichtigten physikalischen und/oder chemischen Wirkung beteiligten Substanzen geschaffen. Eine weitere Möglichkeit stellt das Verteilen des Gases in der Flüssigkeit dar. Dieses Prinzip wird z. B. in Waschflaschen, in Aquarien etc. angewendet. Besonders wirksam ist jedoch die Dispersion von Flüssigkeiten oder ggf. Festkörpern in Gasen. Je feiner diese Verteilt werden, umso schneller stellen sich chemische Gleichgewichte ein oder finden Stoff- und Energietransportvorgänge statt.
• 2. Nachteile des Standes der Technik
• Je feiner die verschiedenen Phasen dispergiert werden (bis hin zu Aerosol oder Rauch) umso schwerer lassen sich meist auch die verschiedenen Phasen wieder voneinander trennen. So gelingt z. B. die Abscheidung der Absorptionsmittel aus Luft bei Aerosolen nicht mehr quasi quantitativ mittels Zyklonen oder mechanischen Filtern. Durch den Einsatz von Hochspannungs-Elektrofiltern lassen sich jedoch gute Ergebnisse erzielen. Jedoch erfolgt die Feldionisation durch eine Koronaentladung an der Sprühelektrode bei sehr kleinen Partikeln nur schwer bzw. unvollständig, sodass die Wirksamkeit der Elektrofilterung hier an Grenzen stößt.
• 3. Aufgabe der Erfindung
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein System anzubieten, bei welchem in Gase ionische, elektrisch leitfähige Flüssigkeiten dispergiert werden können, und so die beabsichtigten chemischen oder/und physikalischen Wirkungen entfalten können und danach wieder quasi quantitativ abgeschieden werden können.
• 4. Lösung der Aufgabe
• Die in das Gas einzubringenden, elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten werden in das Gas mittels statischer oder rotierender Düsensysteme oder anderer Verteilungseinrichtungen (z. B. Ultraschallvernebler o. ä.) so verteilt, das die beabsichtigte chemische oder/und physikalische Wirkung eintreten kann. Ziel ist es eine möglichst große Oberfläche der Flüssigkeit zu erreichen, um eine hohe Wirkung zu erzielen. An der Verteileinrichtung, oder an der Zuleitung zur Verteileinrichtung, oder im Vorratsbehälter der Ionischen Flüssigkeit wird ein Pol einer Gleichspannungs-Hochspannungsquelle mit der Flüssigkeit elektrisch leitend verbunden. Der andere Pol der Hochspannungsquelle wird mit der Niederschlagselektrode verbunden. Dieses Prinzip wird bereits bei der elektrostatischer Lackierung mit elektrisch leitfähigen Lacken (Leitungsaufladung) verwendet.
• 5. Vorteil der Erfindung
• Durch die Erfindung können in das Gas besonders feine Aerosole und/oder Rauche eingebracht werden, sodass sich die erwünschten chemischen und/oder physikalischen Wirkungen sehr rasch und mit hohem Wirkungsgrad entfalten können. Die anschließende notwendige Phasentrennung wird durch die elektrostatische Abscheidung ermöglicht. Eine Leitungsaufladung ermöglicht eine vielfach höhere Effektivität der elektrostatischen Aufladung als eine Koronaaufladung, wodurch vielfach höhere Abscheidungskräfte wirken. Hinzu kommt, das bei Einsatz von Aerosolen zu Absorptionszwecken, insbesondere im Bereich der Partikelabscheidung durch den Potentialunterschied zwischen den abzuscheidenden Partikeln (z. B. Staub oder partikelgebundene Geruchsstoffe) und den Aerosolpartikeln Anziehungskräfte wirken, so dass die Partikelabscheidung insgesamt wirksamer wird.
• Beschreibung der Erfindung
• Um Gase von Stäuben, Gerüchen, absorbierbaren Gasen o. ä. zu reinigen haben sich u. a. Gaswäschen bewährt, bei welchen die Gase mit Reinigungsflüssigkeiten (z. B. Wasser, Basen, Säuren) oder auch mit fein verteilten Festkörpern (z. B. Kalk) intensiv in Kontakt gebracht werden um so die unerwünschten Bestandteile des Gasstroms durch chemische oder physikalische Wechselwirkungen zu binden, chemisch zu verändern, zu agglomerieren und letztlich abzuscheiden. Neben diesen an den Grenzflächen von Absorbens und Absorbat ablaufen Stoffaustauschvorgängen werden solche Mehrstoffsysteme auch zur Übertragung von Energie genutzt. Oft werden Stoff- und Energieaustauschvorgänge auch kombiniert (z. B. Gaskühlung und gleichzeitig Gaswäsche). Auch das System des Sprühtrockners (Zerstäubungstrockner) stellt ein solches kombiniertes System dar.
• Allen diesen Systemen ist gemeinsam, das zunächst versucht wird möglichst große Kontaktflächen zwischen den einzelnen Phasen (Phasengrenzflächen) zu schaffen. Eine Möglichkeit besteht in der Dispersion, welche nachfolgend näher betrachtet werden soll.
• Eine maximale Dispersion (bis an die Molekülgrenze) ermöglicht zwar die schnelle Einstellung von Gleichgewichten, bzw. einen schnellen Stoff- und Energieaustausch, sodass die Reaktionsgefäße mit geringen Dimensionen ausgeführt werden können, jedoch wird es mit zunehmendem Dispersionsgrad immer schwieriger, die Phasen im Anschluss an den Stoff- und/oder Energieaustausch-Prozess wieder zu trennen. Sehr fein dispergierte Systeme lassen sich noch recht gut mit Elektrofiltern scheiden, jedoch bereitet eine quantitative Koronaaufladung der abzuscheidenden Partikel große Probleme. Insbesondere dann, wenn die Partikel für eine Feldionisation zu klein werden.
• Die Erfindung löst das Problem durch Leitungsionisation. Dazu wird in den Gasstrom (1) eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit (9) über die Leitung (11) und die Pumpe (8) eingebracht, welche z. B. durch Düsen (3) oder rotierende Systeme fein im Gas dispergiert wird (4). Die Flüssigkeit ist mit einer Gleichspannungs-Hochspannungsquelle (12) elektrisch leitend verbunden. Die dazu erforderliche elektrische Verbindung (Elektrode) kann über Leitung (13) an den Vorratsbehälter (10), über Leitung (13) an der (leitfähigen) Flüssigkeitsleitung oder an der Düse (3) über Leitung (13) realisiert werden. Der Behälter A (2) dient als Mischeinrichtung für die verschiedenen Phasen, welcher aus nicht elektrisch leitendem Werkstoff ausgeführt ist. Die Länge des Behälters A (2) beeinflusst die Verweilzeit, bzw. die Zeitspanne der Koexistenz der verschiedenen Phasen. An der Niederschlagselektrode (16) und an der Wandung des, aus elektrisch leitfähigem Werkstoff bestehenden, Behälters B (5) werden die Partikel/Aerosole abgeschieden und sammeln sich in der Vorlage (6). Der von den anderen Phasen befreite Gasstrom (7) verlässt das System am Austritt. Die Elemente 3, 11, 8 und 10 sind gegen die Hochspannung isoliert anzuordnen.
• technisches Ausführungsbeispiel Reinigungseinrichtung für Luft oder andere Gase mit Hilfe elektrostatisch geladener Aerosole im Zyklon
• technisches Ausführungsbeispiel zu Fig. 2 elektrostatischer Zyklonabscheider
• Eine mögliche Ausführungsform ist die Kombination der elektrostatischen Abscheidung mit der Fliehkraftabscheidung. Zu diesem Zweck wird die Sprüh- bzw. Verteileinrichtung (14) in ein Rohr (17) aus nicht elektrisch leitfähigem Werkstoff eingebracht. In diesem Rohr erfolgt die Mischung der Phasen, welche durch den Einbau von Strömungskörpern noch intensiviert werden kann. Dieses Rohr ist mit dem tangentialen Eintritt eines Zyklons (15) (Fliehkraftabscheider) verbunden. Das Gehäuse des Zyklons stellt die Abscheideelektrode dar. Das gereinigte Gas (7) verlässt den Zyklon über das Tauchrohr des Zyklons. Die abgeschiedenen Flüssigkeiten (oder bei Sprühtrocknern die abgeschiedenen Feststoffe) werden über die Wandung des Zyklons in die Vorlage (6) abgeführt. Die Vorteile dieser Ausführung bestehen insbesondere darin, das sich die Stoffströme nach der Abscheidung in Ihrer Bewegungsrichtung nicht mehr kreuzen, so das keine Partikel dadurch mitgerissen werden können, sowie darin, das neben der elektrostatischen (Coulomb-Kraft) Kraft auch noch zusätzlich Fliehkräfte wirksam werden.
• Bezugszeichenliste

1

Gasstrom herein

2

Behälter A

3

Düsen

4

fein zerstäubtes Gas

5

Behälter B

6

Vorlage

7

gereinigtes Gas

8

Pumpe

9

elektrisch leitende Flüssigkeit

10

Vorratsbehälter

11

Leitung für elektrisch leitende Flüssigkeit

12

Hochspannungsquelle

13

Leitung

14

Verteileinrichtung

15

Zyklon

16

Niederschlagselektrode

17

Rohr

Claims (1)

1. Verfahren zur Gaswäsche und/oder Gas-Flüssigkeitswärmeübertrager auf der Basis elektrostatisch geladener Aerosole insbesondere gekennzeichnet dadurch dass, 1. eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit in ein Gas oder einem Gasgemisch dispergiert wird. 2. diese Flüssigkeit vor oder während der Dispergierung elektrisch leitend mit einem Pol einer Hochspannungsquelle verbunden ist, sodass diese eine elektrostatische Aufladung erfährt (Leitungsionisation). 3. der entgegengesetzt geladene Pol der Hochspannungsquelle die Abscheideelektrode darstellt. 4. mit der Abscheideelektrode die Phasentrennung erfolgt und die Gasphase getrennt von der oder den abgeschiedenen Phasen weggeführt wird. 5. die Abscheideelektrode als Zyklon ausgeführt sein kann, so das zusätzlich Fliehkräfte zur Abscheidung wirken können.

Images