DE102014001985A1

DE102014001985A1 - Process for the use of hydrogen and oxygen arising in industrial processes

Info

Publication number: DE102014001985A1
Application number: DE102014001985.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von im Rahmen von industriellen Prozessen entstehendem Wasserstoff und Sauerstoff, wobei der entstehende Wasserstoff und Sauerstoff kontinuierlich zusammen mit der Umgebungsluft abgesaugt und das erhaltene Gasgemisch einer Vorrichtung (5) zur Gewinnung von kinetischer, thermischer und/oder elektrischer Energie zugeführt wird, wobei dem Gasgemisch zur Energiegewinnung geeignete oxidierbare Stoffe (4) zugeführt werden, deren Menge in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt des Gasgemisches reguliert wird. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in besonders vorteilhafter Weise bei industriellen Prozessen entstehender Wasserstoff bei vergleichsweise geringem apparativem Aufwand energetisch genutzt werden.The invention relates to a process for the utilization of hydrogen and oxygen arising in the course of industrial processes, wherein the resulting hydrogen and oxygen are continuously exhausted together with the ambient air and the resulting gas mixture of a device (5) for the production of kinetic, thermal and / or electrical energy is supplied, wherein the gas mixture for energy production suitable oxidizable substances (4) are supplied, the amount of which is regulated in dependence on the hydrogen content of the gas mixture. With the aid of the method according to the invention, hydrogen which is produced in a particularly advantageous manner in industrial processes can be used for energy at comparatively low expenditure on equipment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von im Rahmen von industriellen Prozessen entstehendem Wasserstoff und Sauerstoff.The invention relates to a process for the utilization of hydrogen and oxygen arising in the context of industrial processes.

Bei verschiedenen industriellen Prozessen, insbesondere in der Galvanik, aber beispielsweise auch bei der kathodischen oder anodischen Lackabscheidung entstehen aufgrund der stattfindenden Elektrolyse nicht unerhebliche Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff. In der Regel sind diese Gase bei der Entstehung nicht sauber voneinander getrennt, d. h. man erhält ein Knallgasgemisch, das sich in der Halle anreichert, in der der Prozess durchgeführt wird. Es muss entsprechend für eine Entlüftung oder Absaugung der Prozessgase gesorgt werden, um die Explosionsgefahr zu verringern. Darüber hinaus können lose aufliegende Sprengdecken vorgesehen sein, um im Falle einer Detonation den Schaden zu verringern. Des Weiteren sind Gassensoren sinnvoll, die rechtzeitig vor der Entstehung einer Explosionsgefahr warnen.In various industrial processes, in particular in electroplating, but also, for example, in the cathodic or anodic paint deposition not inconsiderable amounts of hydrogen and oxygen arise due to the electrolysis taking place. In general, these gases are not clean separated from each other in the formation, d. H. This gives a blast gas mixture, which accumulates in the hall in which the process is carried out. It must be provided in accordance with a venting or extraction of the process gases in order to reduce the risk of explosion. In addition, loose-lying explosive ceilings may be provided to reduce the damage in the event of a detonation. Furthermore, gas sensors are useful, which warn in good time of the occurrence of an explosion hazard.

Von sicherheitstechnischen Fragestellungen abgesehen, stellt der entstehende Wasserstoff auch eine Energiequelle dar, die bislang praktisch völlig ungenutzt bleibt. Auch unter Umweltschutzaspekten ist die Freisetzung von Wasserstoff insofern problematisch, als es Hinweise gibt, dass Wasserstoff die Menge an Ozon in den oberen Atmosphärenschichten verringert ( „H2-Emissionen und ihre Auswirkungen auf den arktischen Ozonverlust”, FZ Jülich 2009 ).Apart from safety-related issues, the resulting hydrogen is also an energy source that has remained practically unused so far. Also in terms of environmental protection, the release of hydrogen is problematic in that there is evidence that hydrogen reduces the amount of ozone in the upper atmosphere layers ( "H2 emissions and their effects on the Arctic ozone loss", FZ Jülich 2009 ).

Die Sicherheit der Anlage kann unter Umständen durch eine Einkapselung oder durch strikte Trennung der an der Anode und der Kathode entstehenden Gase erhöht werden. Dies ist jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden, da üblicherweise Gestelle an Führungsstangen durch die Bäder gezogen werden müssen, sodass die entsprechenden Durchführungsstellen mit aufwendigen beweglichen Dichtungen ausgestattet sein müssten. Auch eine Trennung der Gasentstehungsorte an Anode und Kathode ist aufwendig und führt regelmäßig dann nicht zum Erfolg, wenn die Polung der Elektroden gelegentlich umgekehrt wird, was beispielsweise beim Elektropolieren der Fall sein kann.The safety of the equipment may be increased by encapsulation or by strict separation of the gases produced at the anode and the cathode. However, this is associated with a high cost, since usually racks of guide rods must be pulled through the baths, so that the corresponding implementation points would have to be equipped with elaborate movable seals. A separation of the gas formation sites at the anode and cathode is complex and does not usually succeed if the polarity of the electrodes is occasionally reversed, which may be the case for example in electropolishing.

Möglich ist auch das Unschädlichmachen des entstehenden Knallgases durch kontrollierte Abreaktion an hierfür geeigneten Katalysatoren, beispielsweise aus Platin oder Palladium. Diese können oberhalb des Prozesses im Gasraum angebracht werden, sodass eine Reaktion stattfindet, bevor sich gefährliche Mengen an Knallgas anreichern können. Auch dieses Verfahren setzt aber eine regelmäßige Überwachung und Wartung voraus; darüber hinaus verbleibt das Problem, dass die im Wasserstoff enthaltene chemische Energie ungenutzt bleibt.It is also possible to make harmless the resulting explosive gas by controlled Abreaktion on suitable catalysts, such as platinum or palladium. These can be placed above the process in the gas space so that a reaction takes place before dangerous amounts of oxyhydrogen can accumulate. However, this method also requires regular monitoring and maintenance; in addition, the problem remains that the chemical energy contained in the hydrogen remains unused.

Grundsätzlich ist es zwar möglich, den Wasserstoff aufzufangen und weiter zu verwerten, beispielsweise in einer Verbrennungskraftmaschine oder in Brennstoffzellen, Probleme ergeben sich jedoch dadurch, dass die Wasserstoffkonzentration vergleichsweise gering ist. Aus diesem Grund ist eine aufwendige Gasaufbereitung, Verdichtung und Speicherung notwendig, um einen solchen Prozess rationell durchführen zu können. Darüber hinaus müssen beispielsweise für den Einsatz in Brennstoffzellen störende Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff entfernt werden, da Schwefelverbindungen allgemein als Katalysatorgifte wirken. Des Weiteren müssten derartige Prozesse zum Auffangen von Wasserstoff zwecks Aufbereitung und Verdichtung auch mit dem zu Grunde liegenden industriellen Prozess, bei dem der Wasserstoff entsteht, synchronisiert werden, wodurch ebenfalls der Aufwand erhöht wird und zudem die Akzeptanz durch die Betreiber deutlich sinkt.In principle, it is possible to capture the hydrogen and further utilize it, for example in an internal combustion engine or in fuel cells, but problems arise in that the hydrogen concentration is comparatively low. For this reason, a complex gas processing, compression and storage is necessary in order to carry out such a process efficiently. In addition, for example, for use in fuel cells disturbing impurities such as hydrogen sulfide have to be removed because sulfur compounds generally act as catalyst poisons. Furthermore, such processes for collecting hydrogen for the purpose of treatment and compression would also need to be synchronized with the underlying industrial process in which the hydrogen is produced, which also increases the cost and also significantly reduces the acceptance by the operator.

Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe der bei industriellen Prozessen wie der Galvanik entstehende Wasserstoff aufgefangen und gefahrlos energetisch verwertet werden kann, und dabei die oben geschilderten Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden. Darüber hinaus soll eine entsprechende Anlage zur Verfügung gestellt werden.It is therefore the task of providing a method by means of which the resulting in industrial processes such as electroplating hydrogen can be collected and safely used energetically, while avoiding the above-mentioned disadvantages of the prior art. In addition, a corresponding facility should be made available.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Verwertung von im Rahmen von industriellen Prozessen entstehendem Wasserstoff und Sauerstoff, wobei der entstehende Wasserstoff und Sauerstoff kontinuierlich zusammen mit der Umgebungsluft abgesaugt und das erhaltene Gasgemisch einer Vorrichtung zur Gewinnung von kinetischer, thermischer und/oder elektrischer Energie zugeführt wird, wobei dem Gasgemisch zur Energiegewinnung geeignete oxidierbare Stoffe zugeführt werden, deren Menge in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt des Gasgemisches reguliert wird.The object is achieved by a method for the utilization of hydrogen and oxygen arising in the course of industrial processes, wherein the resulting hydrogen and oxygen continuously sucked together with the ambient air and the resulting gas mixture of a device for the production of kinetic, thermal and / or electrical energy is fed, wherein the gas mixture for energy production suitable oxidizable substances are supplied, the amount of which is regulated depending on the hydrogen content of the gas mixture.

Die Erfindung beruht auf dem Ansatz, den bei dem industriellen Prozess entstehenden Wasserstoff nicht etwa soweit aufzukonzentrieren, dass eine Verwertung des Wasserstoffs allein erfolgen kann, vielmehr wird kontinuierlich die mit Wasserstoff und Sauerstoff angereicherte Umgebungsluft abgesaugt. Der in der Umgebungsluft vorhandene Wasserstoff wird genutzt, um die Menge an extern zugesetzten oxidierbaren Stoffen, insbesondere Gasen oder auch Flüssigkeiten, entsprechend zu reduzieren. Auf diese Weise wird der Wasserstoff in vollem Umfang energetisch verwertet, ohne einen hohen apparativen Aufwand betreiben zu müssen in der Form, dass der aufgefangene Wasserstoff zunächst aufbereitet, verdichtet und gespeichert wird; stattdessen sorgt der in der abgesaugten Umgebungsluft vorhandene Wasserstoff letztlich für eine Verringerung der Menge an oxidierbaren Stoffen, die extern zuzusetzen ist. Der abgesaugte Wasserstoff ist insofern quasi ein Hilfstreibstoff, der den übrigen Treibstoff nicht ersetzt, sondern nur die benötigte Menge reduziert. Dies macht es möglich, den Energiegehalt des Wasserstoffs weitgehend vollständig auszunutzen, auch wenn die Wasserstoffanreicherung im abgesaugten Gasgemisch allein nicht für eine Verwertung ausreicht und z. B. keine Zündfähigkeit gegeben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit durch eine besondere Einfachheit, gleichwohl aber auch durch eine hohe Effizienz aus.The invention is based on the approach of not concentrating the hydrogen produced in the industrial process to such an extent that recovery of the hydrogen can take place on its own; rather, the ambient air enriched with hydrogen and oxygen is continuously removed by suction. The hydrogen present in the ambient air is used to correspondingly reduce the amount of externally added oxidizable substances, in particular gases or else liquids. In this way, the hydrogen is fully utilized energetically, without having to operate a high expenditure on equipment in the form that the collected hydrogen is first processed, compacted and stored; instead, the hydrogen present in the extracted ambient air ultimately causes a reduction in the amount of oxidizable substances that are external is to be added. The aspirated hydrogen is so far quasi an auxiliary fuel, which does not replace the remaining fuel, but only reduces the amount required. This makes it possible to use the energy content of hydrogen largely completely, even if the hydrogen enrichment in the extracted gas mixture alone is not sufficient for recovery and z. B. no ignitability is given. The inventive method is thus characterized by a particular simplicity, but also by a high efficiency.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Verwertung des Wasserstoffs weitgehend unabhängig vom industriellen Prozess selbst ablaufen kann.Another advantage is the fact that the utilization of hydrogen can proceed largely independently of the industrial process itself.

Insbesondere kann die Absaugung quasi permanent und konstant erfolgen, ohne dass eine Synchronisation mit dem Betriebsablauf des industriellen Prozesses, bei dem der Wasserstoff entsteht, notwendig ist. Erforderlich ist lediglich eine Regulierung der Menge an zusätzlich zugeführten oxidierbaren Stoffen, die in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt der abgesaugten Umgebungsluft erfolgt. Eine Regulierung findet somit erst nachgelagert zum eigentlichen Absaugen statt. Das Verfahren kann daher grundsätzlich auch dann durchgeführt werden, wenn im Rahmen des industriellen Prozesses kein Wasserstoff entsteht, in diesem Fall muss lediglich die Menge an oxidierbaren Stoffen entsprechend erhöht werden.In particular, the suction can be quasi-permanent and constant, without synchronization with the operation of the industrial process, in which the hydrogen is produced, is necessary. What is needed is only a regulation of the amount of additionally supplied oxidizable substances, which takes place depending on the hydrogen content of the extracted ambient air. A regulation thus takes place only downstream to the actual suction. The process can therefore be carried out in principle even if no hydrogen is produced in the context of the industrial process, in which case only the amount of oxidizable substances must be correspondingly increased.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Wasserstoffgehalt des beim Absaugen erhaltenen Gasgemisches ermittelt, um in Abhängigkeit davon die Menge an zugeführten oxidierbaren Stoffen zu regulieren. Auf diese Weise wird eine genaue Steuerung des Prozesses und eine Einsparung von zusätzlich notwendigen Brennstoffen erreicht.According to one embodiment, the hydrogen content of the gas mixture obtained during the suction is determined in order to regulate the amount of oxidizable substances supplied in dependence thereon. In this way, a precise control of the process and a saving of additional necessary fuels is achieved.

Vorteilhafterweise wird nicht nur der Wasserstoff-, sondern auch der Sauerstoffgehalt des Gasgemisches ermittelt, um anschließend in Abhängigkeit vom ermittelten Sauerstoffgehalt die Menge an der Vorrichtung zur Energiegewinnung zugeführtem Sauerstoff oder zugeführter Luft zu regulieren. Typischerweise wird die Menge an zugeführter Luft bzw. Sauerstoff für die Energiegewinnung um die Menge an Sauerstoff korrigiert, die über den atmosphärischen Sauerstoffgehalt hinausgeht, d. h. die Menge an extern zugeführtem Sauerstoff kann um den Betrag des zusätzlich zur Umgebungsluft abgesaugten Sauerstoffs reduziert werden. Sowohl die Bestimmung des Wasserstoff- als auch die Bestimmung des Sauerstoffgehalts erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe von Gassensoren.Advantageously, not only the hydrogen content, but also the oxygen content of the gas mixture is determined, in order subsequently to regulate the amount of oxygen or supplied air supplied to the device for generating energy, depending on the determined oxygen content. Typically, the amount of supplied air or oxygen for energy production is corrected by the amount of oxygen that exceeds the atmospheric oxygen content, i. H. the amount of externally supplied oxygen can be reduced by the amount of oxygen extracted in addition to the ambient air. Both the determination of the hydrogen content and the determination of the oxygen content are expediently carried out with the aid of gas sensors.

Alternativ kann die Regulierung der zusätzlich zum Wasserstoff dem Gasgemisch beigefügten Menge an oxidierbaren Stoffen aber auch in der Weise erfolgen, dass als Vorrichtung zur Energiegewinnung eine Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, die über eine Drehzahlregelung verfügt und in der Lage ist, Drehzahlschwankungen durch Anpassung der Kraftstoffeinspritzmenge auszugleichen. Wenn sich also durch Zufuhr des Wasserstoffs aus der abgesaugten Umgebungsluft die Drehzahl aufgrund zusätzlichen Brennwerts zu erhöhen beginnt, sorgt die Drehzahlregelung automatisch dafür, dass sich die Menge an zugeführten weiteren oxidierbaren Stoffen soweit reduziert, dass die Drehzahl konstant bleibt. Dies ist dann der Fall, wenn die Summe der Brennwerte aus Wasserstoff und zusätzlich zugeführten oxidierbaren Stoffen dem Brennwert der oxidierbaren Stoffe vor der Zuführung von Wasserstoff entspricht. Gemäß dieser Ausführungsform wird somit die Menge an zusätzlich zugeführten oxidierbaren Stoffen so reguliert, dass eine bestimmte Drehzahl und damit letztlich auch eine bestimmte Leistung erzielt und beibehalten wird. Auch auf diese Weise erfolgt eine Regulierung in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt, ohne jedoch den Wasserstoffgehalt konkret bestimmen zu müssen; vielmehr erfolgt die Regulierung durch die Drehzahlregelung quasi automatisch. Wegen des Verzichts auf zusätzliche Mittel zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts, insbesondere Gassensoren, kann diese Variante besonders wartungsarm, robust und mit geringen Investitionskosten realisiert werden.Alternatively, however, the regulation of the amount of oxidizable substances added to the gas mixture in addition to the hydrogen can also take place in such a way that an internal combustion engine which has a speed control and is able to compensate for speed fluctuations by adjusting the fuel injection quantity is used as the device for energy production. Therefore, if the speed starts to increase due to additional calorific value due to the supply of hydrogen from the extracted ambient air, the speed control automatically ensures that the amount of added further oxidizable substances is reduced to such an extent that the rotational speed remains constant. This is the case when the sum of the calorific values of hydrogen and additionally supplied oxidizable substances corresponds to the calorific value of the oxidizable substances before the supply of hydrogen. According to this embodiment, the amount of additionally supplied oxidizable substances is thus regulated so that a certain speed and thus ultimately a certain performance is achieved and maintained. Also in this way a regulation is carried out depending on the hydrogen content, but without having to determine the hydrogen content concretely; Rather, the regulation is done by the speed control almost automatically. Because of the omission of additional means for determining the hydrogen content, in particular gas sensors, this variant can be realized particularly low maintenance, robust and with low investment costs.

Bei den oxidierbaren Stoffen handelt es sich typischerweise um Gase oder um Flüssigkeiten, die in einen gasförmigen Zustand oder in ein Aerosol überführbar sind, beispielsweise zerstäubt werden können. Es kann sich z. B. um extern zugesetztes Wasserstoff, Methan, Methanol oder auch um Kohlenwasserstoffgemische wie Erdgas, Biogas, Benzin oder Diesel handeln. In der Regel ist die Wasserstoffkonzentration in der abgesaugten Umgebungsluft zu klein, als dass auf eine Zugabe von weiteren oxidierbaren Stoffen verzichtet werden könnte, meist liegt der Wasserstoffgehalt bei lediglich 1 bis 4 Vol.-%. Dennoch ist das Verfahren insofern hocheffektiv, als hinsichtlich der Energiebilanz die Menge an extern zugeführten oxidierbaren Stoffen um den Gehalt an Wasserstoff reduziert werden kann.The oxidisable substances are typically gases or liquids which can be converted into a gaseous state or into an aerosol, for example by atomization. It can be z. B. be externally added hydrogen, methane, methanol or even hydrocarbon mixtures such as natural gas, biogas, gasoline or diesel. As a rule, the hydrogen concentration in the extracted ambient air is too small for it to be possible to dispense with the addition of further oxidizable substances, usually the hydrogen content is only 1 to 4% by volume. Nevertheless, the method is highly effective in terms of the energy balance, the amount of externally supplied oxidizable materials can be reduced by the content of hydrogen.

Die Energiegewinnung wird sinnvollerweise in Form einer Verbrennung mit Hilfe einer Verbrennungskraftmaschine durchgeführt, die mechanische Arbeit verrichtet. Die mechanische Energie kann wiederum mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden. Sinnvoll ist es, die Verbrennungskraftmaschine in ein Blockheizkraftwerk zu integrieren, um gleichzeitig elektrische und thermische Energie zu gewinnen und effektiv auszunutzen.The energy production is usefully carried out in the form of combustion by means of an internal combustion engine, which performs mechanical work. The mechanical energy can in turn be converted into electrical energy by means of a generator. It makes sense to integrate the internal combustion engine in a combined heat and power plant in order to simultaneously gain electrical and thermal energy and exploit effectively.

Die gewonnene Energie kann für den durchgeführten industriellen Prozess und im Rahmen des gleichen Betriebs genutzt werden. Insbesondere kann beispielsweise die gewonnene elektrische Energie verwendet werden, um den industriellen Prozess, beispielsweise den Galvanisierungsprozess, zu betreiben.The energy gained can be used for the industrial process and in the framework of the same operation. In particular, for example, the recovered electrical energy can be used to operate the industrial process, such as the plating process.

Neben der Verwertung mit Hilfe einer Verbrennungskraftmaschine ist auch die energetische Verwertung im Rahmen eines Ofens zur kontrollierten Wärmeerzeugung, für Brennstoffzellen oder zum Betrieb eines Stirlingmotors möglich. In diesem Fall, beispielsweise bei dem Betrieb einer Brennstoffzelle, müssen allerdings geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um den reibungslosen Betrieb zu gewährleisten; es kann z. B. notwendig sein, Katalysatorgifte wie Schwefelwasserstoff vor der Zuführung zur Brennstoffzelle zu entfernen. Darüber hinaus ist eine Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff für die Anode bzw. Kathode notwendig.In addition to the recovery by means of an internal combustion engine and the energy recovery in the context of a furnace for controlled heat generation, for fuel cells or for the operation of a Stirling engine is possible. In this case, for example in the operation of a fuel cell, however, appropriate precautions must be taken to ensure smooth operation; it can, for. B. be necessary to remove catalyst poisons such as hydrogen sulfide before feeding to the fuel cell. In addition, a separation of hydrogen and oxygen for the anode or cathode is necessary.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell bei allen industriellen Prozessen einsetzbar, bei denen Wasserstoff entsteht, insbesondere durch Elektrolyse. Dies ist insbesondere bei galvanischen Prozessen der Fall, aber auch bei Techniken der kathodischen oder anodischen Lackabscheidung bzw. Tauchlackierung (KTL und ATL). Weitere industrielle Prozesse, bei denen Wasserstoff entsteht und bei denen das erfindungsgemäße Verfahren sinnvoll eingesetzt werden kann, sind das Eloxieren und andere Anodisierungsverfahren, Elektropolieren, Chromatieren und Beizen.The process according to the invention can in principle be used in all industrial processes in which hydrogen is produced, in particular by electrolysis. This is the case in particular in galvanic processes, but also in techniques of cathodic or anodic paint deposition or dip coating (KTL and ATL). Other industrial processes in which hydrogen is produced and in which the process according to the invention can be usefully used are anodization and other anodization processes, electropolishing, chromating and pickling.

Die Absaugung des entstehenden Wasserstoffs und Sauerstoffs kann über eine entsprechende Absaugeinrichtung durchgeführt werden, die durch Anlegen eines Unterdrucks die Luft oberhalb der Anlage absaugt und über geeignete Rohre oder Schläuche weiterleitet. Insbesondere können oberhalb der Anlage, in der der industrielle Prozess durchgeführt wird, befindliche Absaugtrichter zum Einsatz kommen. Diese sind mit ihrer breiten Öffnung nach unten über der Anlage angeordnet und somit in der Lage, Umgebungsluft zusammen mit entstehenden Prozessgasen effektiv aufzunehmen und weiterzuleiten. Eine weitere mögliche Form der Absaugeinrichtungen sind Absaugungen am Rande der Bäder, in denen der industrielle Prozess durchgeführt wird. Denkbar ist auch der Einsatz von in die Hängegestelle (Teileträger) für die zu behandelnden Metallteile integrierten Absaugungen.The suction of the resulting hydrogen and oxygen can be carried out via a corresponding suction device, which sucks the air above the system by applying a negative pressure and forwards via suitable pipes or hoses. In particular, suction funnels located above the plant in which the industrial process is carried out can be used. These are arranged with their wide opening down over the plant and thus able to effectively absorb and forward ambient air together with developing process gases. Another possible form of suction is suction on the edge of the baths where the industrial process is carried out. It is also conceivable the use of in the hanger racks (part carrier) for the metal parts to be treated integrated suction.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Prozess der Verwertung von bei industriellen Prozessen entstehendem Wasserstoff mit der Biogas-Verwertung kombiniert. Es kann somit als oxidierbarer Stoff, insbesondere Brennstoff, ein Biogas dem Gasgemisch zugeführt werden. Biogas, das in Biogasanlagen bei der Vergärung von Biomasse entsteht, weist als verwertbares, d. h. einer Oxidation zugängliches Gas insbesondere Methan auf. Häufig entstehen allerdings Magergase, die selbst nicht zündfähig sind. Aus diesem Grund muss ggf. zusätzlich ein Kraftstoff eingespritzt werden, um das zu magere Biogas anzureichern und verwerten zu können.According to a particularly preferred embodiment, the process of utilization of hydrogen arising in industrial processes is combined with biogas utilization. It can thus be supplied to the gas mixture as an oxidizable substance, in particular fuel, a biogas. Biogas, which is produced in biogas plants during the fermentation of biomass, indicates that it can be used, ie. H. an oxidation accessible gas in particular methane. Often, however, lean gases, which themselves are not flammable. For this reason, it may be necessary to additionally inject a fuel in order to be able to enrich and utilize the excessively lean biogas.

Gemäß der beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Biogas dem beim industriellen Prozess abgesaugten Gasgemisch beigemischt, sodass insgesamt ein Gasgemisch erzeugt wird, das einer weiteren energetischen Verwertung zugeführt werden kann. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn das Biogas selbst zu mager, d. h. nicht zündfähig ist, da der Zusatz von abgesaugtem Gasgemisch mit einer typischen Wasserstoffkonzentration von 0,1 bis 4 Vol.-%, bevorzugt 1 bis 4 Vol.-% das Biogas in ein zündfähiges Gemisch überführt.According to the described advantageous embodiment of the invention, the biogas is added to the gas extracted during the industrial process gas mixture, so that a total of a gas mixture is generated, which can be supplied to a further energy recovery. This is especially true even if the biogas itself too lean, d. H. is not flammable, since the addition of aspirated gas mixture with a typical hydrogen concentration of 0.1 to 4 vol .-%, preferably 1 to 4 vol .-% converted the biogas into an ignitable mixture.

Im Falle der Verwendung von Biogas ist die örtliche Zusammenführung der Biogasanlage und der Wasserstoff freisetzenden Anlage besonders vorteilhaft, weil dadurch Transportwege, Zwischenspeicher und Biogaskompression weitgehend vermieden werden können. Zudem kann der Betriebspunkt der Biogasanlage bei alleiniger Verwertung im Rahmen des industriellen Prozesses auf einen entsprechend mageren, auf herkömmliche Art nicht allein verwertbaren Brennwert eingestellt bzw. biologisches Ausgangsmaterial geringerer Qualität eingesetzt werden. Dies erweitert das Spektrum der verwertbaren biologischen Reststoffe.In the case of the use of biogas, the local merger of the biogas plant and the hydrogen-releasing plant is particularly advantageous because it transport routes, cache and biogas compression can be largely avoided. In addition, the operating point of the biogas plant when used alone in the context of the industrial process can be set to a correspondingly lean, conventionally not exclusively usable calorific value or biological raw material of lesser quality. This extends the spectrum of usable biological residues.

In gleicher Weise wie Biogas können auch andere Gase mit niedrigem Brennwert, die ebenfalls selbst nicht zündfähig sein müssen, mit dem Gasgemisch zusammengeführt werden, bspw. Gichtgas, Kokereigas oder im Ölförder- oder Raffineriebetrieb entstehende Gase.In the same way as biogas, other gases with a low calorific value, which likewise do not have to be ignitable by themselves, can be combined with the gas mixture, for example top gas, coking gas or gases produced in oil production or refinery operation.

Unter Umständen kann es sinnvoll oder notwendig sein, der Vorrichtung zur Energiegewinnung eine Einrichtung vorzuschalten, die im Gasgemisch enthaltene Feuchtigkeit entfernt, beispielsweise eine Vorrichtung zur Kondensation des im Gasgemisch enthaltenen Wassers.Under some circumstances, it may be useful or necessary to precede the device for generating energy with a device which removes moisture contained in the gas mixture, for example a device for condensing the water contained in the gas mixture.

Gegebenenfalls ist zur Beseitigung von schädigenden Beigasen und sauren bzw. basischen Aerosolen eine Gaswäsche vorzusehen bzw. die Gasgemisch-Absaugung hinter einer bereits installierten Abluftreinigungs- oder Aerosolabscheidungsanlage anzuschließen.If necessary, provide for the elimination of harmful Beigasen and acidic or basic aerosols a gas scrubbing or connect the gas mixture extraction behind an already installed exhaust air purification or Aerosolabscheidungsanlage.

Um die erwünschte Unabhängigkeit von der Betriebsführung der eigentlichen Anlage, meist einer Metallveredelungsanlage, auch bei Stillstand der Vorrichtung zur Energiegewinnung zu erhalten, sollte die klassische Hallenluftabführung des entstehenden Wasser- und Sauerstoffs in die Atmosphäre beibehalten werden. Eine Umsteuerung erfolgt entweder über eine Luftweiche oder ohne jede Steuerung über geeignet dimensionierte Druckdifferenzen des Abzugskamins bzw. der Gaszuführung zur Energiegewinnungsvorrichtung.In order to obtain the desired independence from the management of the actual system, usually a metal finishing plant, even at standstill of the device for energy production, should the classic hall air discharge of the resulting water and oxygen into the atmosphere to be kept. A reversal takes place either via an air switch or without any control via suitably dimensioned pressure differences of the flue or the gas supply to the energy recovery device.

Neben dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wobei die Anlage aufweist:

– eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von Wasserstoff und Sauerstoff zusammen mit der Umgebungsluft
– eine Vorrichtung zur Gewinnung von kinetischer, thermischer und/oder elektrischer Energie aus dem erhaltenen Gasgemisch und
– eine Dosierungseinheit, die in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt die Menge an dem Gasgemisch zugeführten, zur Energiegewinnung geeigneten oxidierbaren Stoffen reguliert.

In addition to the described process according to the invention, the invention also relates to a plant for carrying out such a process, the plant comprising:

- A suction device for the extraction of hydrogen and oxygen together with the ambient air
- A device for the recovery of kinetic, thermal and / or electrical energy from the resulting gas mixture and
A dosage unit which, depending on the hydrogen content, regulates the amount of oxidizable substances supplied to the gas mixture for the production of energy.

Auch für die Anlage gelten dieselben Ausführungen, wie sie zum erfindungsgemäßen Verfahren gemacht wurden. Es ist sowohl möglich, eine Vorrichtung, insbesondere Gassensoren, zur Ermittlung des Wasserstoffgehalts des Gasgemisches vorzusehen, sodass die Dosierungseinheit in Abhängigkeit vom ermittelten Wasserstoffgehalt die Menge an dem Gasgemisch zugeführten oxidierbaren Stoffen reguliert. Ebenso ist aber auch eine Anlage als erfindungsgemäß anzusehen, bei der zur Gewinnung von Energie eine Verbrennungskraftmaschine eingesetzt wird, die über eine Drehzahlregelung verfügt, welche die Menge an zugeführten oxidierbaren Stoffen reguliert, um die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf einem bestimmten Niveau zu halten.The same statements apply to the system as they were made for the process of the invention. It is both possible to provide a device, in particular gas sensors, for determining the hydrogen content of the gas mixture so that the dosage unit regulates the amount of oxidizable substances supplied to the gas mixture as a function of the determined hydrogen content. Likewise, however, a plant is to be regarded as according to the invention, in which an internal combustion engine is used to obtain energy, which has a speed control, which regulates the amount of oxidizable substances supplied to keep the speed of the internal combustion engine at a certain level.

Auch die weiteren Ausführungen zum Verfahren gelten für die Anlage entsprechend, d. h. neben der Bestimmung des Wasserstoffgehalts und der entsprechenden Regulierung der zugeführten Menge an oxidierbaren Stoffen kann auch der Sauerstoffgehalt ermittelt und bei der Zuführung von Sauerstoff oder Luft Berücksichtigung finden. Bei der Vorrichtung zur Ermittlung des Wasserstoff-/Sauerstoffgehalts handelt es sich vorzugsweise um Gassensoren, bei der Vorrichtung zur Gewinnung von kinetischer, thermischer und/oder elektrischer Energie handelt es sich bevorzugt um eine Verbrennungskraftmaschine etc.The other comments on the method also apply to the system, ie. H. In addition to the determination of the hydrogen content and the corresponding regulation of the supplied amount of oxidizable substances, the oxygen content can also be determined and taken into account in the supply of oxygen or air. The device for determining the hydrogen / oxygen content is preferably gas sensors, the device for obtaining kinetic, thermal and / or electrical energy is preferably an internal combustion engine, etc.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten 1 näher erläutert. Hierin ist ein Galvanikbad 1 gezeigt, in dem der zu beschichtende Gegenstand die Kathode und das aufzubringende Metall die Anode bildet. Oberhalb des Galvanikbades 1 befindet sich eine Absaugeinrichtung 2, über die der entstehende Wasserstoff sowie der entstehende Sauerstoff und die Umgebungsluft in Pfeilrichtung abgesaugt werden. Ein Gassensor 3 bestimmt den Wasserstoff- und Sauerstoffgehalt; in Abhängigkeit vom Ergebnis wird über die Zuleitung 4 die Menge an zusätzlich zur Energiegewinnung benötigten oxidierbaren Stoffen reguliert. Das erhaltene Gasgemisch wird einer Vorrichtung 5 zur Gewinnung von kinetischer, thermischer und/oder elektrischer Energie zugeführt. Zusätzlich wird über die Zuleitung 6 benötigte Luft/Sauerstoff zugeführt, wobei auch hierfür die Menge reguliert werden kann in Abhängigkeit vom durch den Gassensor 3 ermittelten Sauerstoffgehalt.The invention will be apparent from the attached 1 explained in more detail. Here is a galvanizing bath 1 in which the object to be coated forms the cathode and the metal to be applied forms the anode. Above the electroplating bath 1 there is a suction device 2 through which the resulting hydrogen and the resulting oxygen and the ambient air are sucked out in the direction of the arrow. A gas sensor 3 determines the hydrogen and oxygen content; depending on the result is via the supply line 4 regulates the amount of oxidizable substances needed in addition to energy production. The resulting gas mixture becomes a device 5 supplied for the production of kinetic, thermal and / or electrical energy. In addition, via the supply line 6 required air / oxygen supplied, and for this purpose, the amount can be regulated depending on the gas sensor 3 determined oxygen content.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"H2 emissions and their effects on arctic ozone loss", FZ Jülich 2009 [0003]

Claims

Process for the utilization of hydrogen and oxygen arising in the course of industrial processes, wherein the resulting hydrogen and oxygen are continuously extracted together with the ambient air and the resulting gas mixture of a device ( 5 ) is supplied to the production of kinetic, thermal and / or electrical energy, wherein the gas mixture for energy production suitable oxidizable substances ( 4 ) are supplied, the amount of which is regulated depending on the hydrogen content of the gas mixture.

A method according to claim 1, characterized in that the hydrogen content of the gas mixture obtained during the suction is determined and the amount of supplied oxidizable substances ( 4 ) is regulated depending on the determined hydrogen content.

A method according to claim 2, characterized in that in addition to the hydrogen content and the oxygen content of the gas mixture determined and depending on the determined oxygen content, the amount of the gas mixture supplied oxygen and / or supplied air ( 6 ) is regulated.

A method according to claim 2 or 3, characterized in that the hydrogen and / or oxygen content by means of a gas sensor ( 3 ) is determined.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the industrial process is a galvanic process or a cathodic or anodic paint deposition.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device ( 5 ) is an internal combustion engine for the production of energy.

A method according to claim 6, characterized in that the internal combustion engine has a speed control, the amount of supplied oxidizable substances ( 4 ) to keep the speed of the internal combustion engine at a certain level.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the suction of the resulting hydrogen and oxygen by means of above the plant ( 1 ), in which the industrial process is carried out, located suction funnels ( 2 ) he follows.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that as oxidisable substance ( 4 ), which is supplied to the gas mixture, biogas is used.

Plant for carrying out a method according to one of Claims 1 to 9, having a suction device ( 2 ) for sucking off hydrogen and oxygen together with the ambient air - a device ( 5 ) for the production of kinetic, thermal and / or electrical energy from the resulting gas mixture and - a dosing unit which, depending on the hydrogen content, the amount of oxidizable substances supplied to the gas mixture for the production of energy ( 4 ).

Plant according to claim 10, characterized by a device ( 3 ) for determining the hydrogen content of the gas mixture, the dosage unit depending on the determined hydrogen content, the amount of the oxidizable substances supplied to the gas mixture ( 4 ).

Plant according to claim 10, characterized in that the device ( 5 ) is for generating kinetic, thermal and / or electrical energy, an internal combustion engine having a speed control, which determines the amount of supplied oxidizable substances ( 4 ) to keep the speed of the internal combustion engine at a certain level.