DE1619880A1

DE1619880A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln von Abgasen

Info

Publication number: DE1619880A1
Application number: DE19671619880
Authority: DE
Inventors: Yukio Hishinuma; Zensuke Tamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1966-09-21
Filing date: 1967-09-20
Publication date: 1970-09-03
Also published as: DE1619880B2; US3473297A

Description

Patentanwälte . ■

Dlpl.-fng. R. Beetz u, ' 20.9*1967

Dipl.- Ing, Lsmprecht <j β -J g 3 3 Q

München 22, Stelnsdorfstr. 10

HITACHI , LTD., To k i ο (Japan)

Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln von

Abgasen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entschwefelung von Abgasen aus Öfen einer Gasturbine, eines Dampfkessels oder aus anderen industriellen Öfen, und insbesondere auf die Art und Weise, in der Wasser zur Entschwefelung von Abgasen verwendet wird*

Ein Entschwefelungssystem (Adsorptions- und Be"SörptiQns<*· system) zur kontinuierlichen Entfernung von Schwefeloxyden aus ' Abgasen besteht aus einer Adsorptionszone, einer Wasohwasser-Desorptionszone und einer Trocknungszone, und im Betrieb wechseln diese Zonen durch Umstellung der Durchleitung der Abgase in bestimmten Zeitabständen ihre Punktionen. Betrachtet man*^as~ Adsorptionsmittel in einer bestimmten'Stellung (die folgende Beschreibung wird unter der Voraussetzung gegeben, daß Aktivkohle verwendet wird), durchläuft es einen Arbeitszyklus, der aus Adsorption, V/asserwäsche, Desorption und Trocknung .in der genannten Reihenfolge besteht, wobei Schwefligaäuregas (SO₂)

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und Schwefelsäuregas (SO·*) wiederholt adsorbiert und desörbiert werden. Wenn die Aktivkohle z.B. in- einer Stellung ist, wo sie in die ITaschwasser- und Desorptionszone eintritt, zirkuliert darin kein Gas, sondern Wasser, welches von einer Wasserzuführpumpe geliefert wird, wird auf die Aktivkohle gegossen, - um die Schwefelsäure aus der Aktivkohle herauszuwasehen<. Ein größerer Teil des Schwefligsäuregases, welches in den Abgasen vorhanden ist, wird durch die Aktivkohle in der Eorm der Schwefelsäure adsorbiert, weil das Schwefligsäuregas (SO₂) durch den in den Abgasen anwesenden Sauerstoff (Op) durch die katalytische Wirkung von Aktivkohle, z«B„ nach der Formel SOp ⁺ ~5 - SO·* zu Schwefelsäuregas (SO,) oxydiert wird und- das so gebildete Schwefelsäureanhydrid mit Wasser zu Schwefelsäure reagiert. Das Wasser wird nach dem Waschen der Aktivkohle durch ein Abführrohr in einen Abiaßtank eingeführte

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der Entschwefelung von Verbrennungsabgasen mittels eines Aktivkohle-Regenerierungssystems unter Verwendung von Waschwasser anzugeben, bei welchem insbesondere der Wasserdurchsatz pro Zeit erhöht und gleichzeitig der Wasserverbrauch für die Desorption gesenkt werden:. Außerdem ist dabei anzustreben, die Abgastemperatur beim Eintritt in die Adsorptions- und Desorptions· zone passend einzustellen und unter Ausnutzung des Wärmeinhalts der-Abgase die Temperatur des Waschwassers für die Desorption ge-r

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eignet zu steuern, sowie den Hebelgehalt der entschwefelten Gase zu senken« ·

Gegenstand der Erfindung, mit welchem diese Aufgabe gelöst wird, ist daher ein Verfahren zur Entschwefelung .von Ab-' gasen mittels Leitung der Abgase durch ein aus einer Schwefeloxydadsorptionszone, einer Tfaschwasser-Desorptionszone und einer Adsorptionsmittel-Trocknungszone bestehendes System, bei dem die Zonen in bestimmten 2eitabständen ihre Punktionen wechseln und so die Adsorption und die Desorption der Schwefeloxyde und die Trocknung des Adsorptionsmittels im Gesamtsystem gleichzeitig durchgeführt werden, mit dem Kennzeichen, daß in die Waschwasser-Desorptionszone stoßweise Wasser eingeführt wird»

V/eitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der in der Zeichnung veranschaulichten AusfMhrungsbeispie-Ie. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Verbrennungsabgas-Entschwefelungsanlage gemäß" der Erfindung;

2 eine schematische Darstellung, ähnlich Pig» 1, eines anderen Ausführungsbeispieles der Verbren- .-,."..."" nungsabgas-Entschwefelungsanlage gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein DIagx*amm zur Erläuterung der Abhängigkeit der eingeführten V/assermenge von der ZeIt₀

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In Fig. 1 ist ein Wassertank 11 in vier Abteilungen A, B-, C und D unterteilt, und der Vorgang des Waschens von Aktivkohle mit Wasser wird zuerst unter Verwendung des Wassers in dem Teil B begonnen« In diesem Jail wird das Wasser in dem Teil B vor dem Waschvorgang duroh Öffnen eines Ventils 15 und Betätigung einer Pumpe 18 durch ein Rohr 21 in einen Tank 19 übertragen und dort gespeichert. Das in dem Tank 19 gespeicherte Wasser wird in eine Waschwasser- und Desorptionszone Z für eine bestimmte Zeitdauer eingelassen, und dann wird das Einlassen von -Wasser für eine Zeit unterbrochen und das Wasser solange im Tank .19 gespeichert. In dieser Weise wird Wasser stoßweise in die Zone Z eingelassen.

Ein solches stoßweises Einlassen von Wasser ermöglicht es, Wasser im Tank 11 in den Tank 19 zu überführen, ohne die Pumpe abzustellen-, und dadurch eine große Wassermenge in einer kurzen Zeitdauer anzuliefern, ohne die Kapazität der Pumpe 18 groß zu' machen und ohne die Pumpe häufig in G-ang zu setzen und anzuhalten, d.ho ohne eine Veranlassung, die Pumpe unter schwierigen Bedingungen arbeiten zu lassen_e

Das Wasser wird den Aktivkohle betten in der Waschwasser- und Desorptionszone stoßweise, wie beschrieben, für eine Zeitdauer von jeweils ein bis zehn Minuten zugeführt. Nach Vollendung des Waschvorganges wird die Pumpe 18 für eine Zeitdauer von zwanzig bis vierzig Minuten stillgesetzt, um eine Dehydrierung der feuchten Aktivkohle zu ermöglichen.

Die Abhängigkeit zwischen der zugeführten Wassermenge und

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der Zeit ist in !ig«, 3 dargestellt, in welcher L die Zeitdauer des Wassereinlassens, M die Zeitdauer während der kein Wasser eingelassen wird, und I die Zeitdauer bezeichnet, in welcher das Wassereinlassen völlig abgestellt wird, so daß das in dem Adsorbens enthaltene Wasser mittels Tropfens entfernt werden kann und die Pumpe 18 noch arbeitet, bis der Tank 19 völlig.mit Wasser gefüllt ist.

Durch stoßweises Gießen von Wasser auf die Aktivkohle in der Waschwasser- und Desorptionszone Z in der beschriebenen Weise kann die Menge der mit einer be stimmten Yiasser einheit zu desorbierenden Schwefeloxyden erhöht werden* Dies ist auf folgende Gründe zurückzuführen:

Die durch die Aktivkohle adsorbierten Schwefeloxyde sind gleichmäßig in der Aktivkohle verteilt, und es kann angenommen werden, daß das Waschen der Aktivkohle mit ¥/asser nur geeignet seitr^wird, 'die £chwefeloxyde an der Oberfläche der Aktivkohle zu desorbieren, und daß die im Innern der Aktivkohle vorhandenen Oxyde nicht entfernt werdend Indessen treten die im Inneren der Aktivkohle vorhandenen Schwefeloxyde infolge von Diffusion laufend an die gewaschene Oberfläche der Aktivkohle, und so wäscht das der Oberfläche der Aktivkohle zugeführt© Wasser auch die von innen an die Oberfläche tretenden Sohwefeloxyde aus« Doch ist die Geschwindigkeit einer solchen Diffusion allgemein so gering, daß die Desorption der Schwefeloxyde nicht mit gutem Wirkungsgrad erreicht werden kann, auch wenn Wasser kontinuierlich auf die Aktivkohle gegossen wird«

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Eine Diffusion von Schwefeloxyden in .Richtung auf die Oberfläche der Aktivkohle findet auch nach dem Beenden des Wasserzuführens statt, und infolgedessen steigt die Schwefeloxydkonzentration an der Oberfläche der Aktivkohle und wird möglicherweise die gleiche wie im Inneren der Aktivkohle, Daher ist es vorzuziehen, der Aktivkohle Wasser wiederholt stoßweise in solchen Zeitabständen zuzuführen, daß durch Diffusion der Schwefeloxyde aus dem Inneren der Aktivkohle an die Oberfläche die Schwefeioxydkonzentration an. der Oberfläche der Aktivkohle die gleiche wie im Inneren der Aktivkohle werden und so der Auswaschwirkungsgrad einer Einheitsmenge von Wasser beim Desorbieren der auf und in der Aktivkohle vorhandenen Schwefeloxyde verbessert werden kann« ■

Das Bezugszeichen ¥ im Diagramm nach Pig. 3 stellt die Zeitdauer dar, während der eine Entwässerung der feuchten Aktivkohle durchgeführt wird« Dieser Vorgang ist nicht nur für das Trocknen der feuchten Kohlebetten wirkungsvoll, welche von der Wasserwasch- und Adsorptionszone zu der Adsorptionsmittel-Trocknungszone bewegt wurden, sondern auch um der Aktivkohle selbst willen« · ■

Wenn der Tank 19 mit Wasser gefüllt ist, wird das Wasser zum Zutritt zur Aktivkohle in der Entschwefelungseinrichtung 31 durch Öffnen der Ventile 20 und 17 und Schließen dex* Ventile 12, 13, 16 herausgelassen, und das sich ergebende Waschwasser

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wird vom Boden der Entsehwefelungseinrichtung in die Abteilung A im Wassertank 11.durch ein Rohr 32 abgelassen. Die Entschwefelungseinrichtung kann -von gleicher Konstruktion sein, wie sie in einer schwebenden Anmeldung beschrieben ist, die von den Anmeldern unter dem Titel "Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxyden aus Abgasen" eingereicht wurde, Wenn das Wasser in dem Teil B des Wässertanks Π bis zu einem bestimmten Niveau verbraucht ist, -wird Wasser im Teil C nach Öffnen der Venti- · Ie 13 und 16 und Schließen des Ventils 17 zum Waschen der Aktivkohle verwendet» In diesem Fall wird das sich ergebende Waschwasser im Teil ,B gespeichert. In gleicher Weise, wird, wenn das Wasser im Teil C bis zu einem bestimmten Betrag abgenommen hat, nach Öffnung der Ventile 12 und 14 und Schließen der Ventile 13 und 16 Wasser im Teil D verwendet und das sich ergebende Waschwasser in den Teil C überführt.» Dem Teil D des Wassertanks wird durch ein Wasserzuführrohr 33 über eine Heizeinrichtung 34 Wasser zugeführt» Die Heizeinrichtung 34 benutzt als Heizquelle den Abgasdampf oder heißes Abwasser von der zugehörigen Wärmekraftanlage, wie z«B, die Abgase einer Turbine oder das aus der Turbine stammende heiße Abwasser*» .

Der Wassertank 11, welcher in der Darstellung nach in vier Teile A, B, G und D .unterteilt ist, muß in zwei oder mehr Teile unterteilt sein, und die Kapazität jedes Teils muß größer sein als die Wassermenge, die z;u einer Zeit in die Zone Z _feingelassen wird. Wie es sich versteht, ist die Schwefelsäurekonzentra-

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tion im Wassertank 11 im Teil A größer als im Teil B, im Teil B größelKals im Teil C und im Teil C größer als im Teil D, und die Schwefelsäurekonzentration in dem Teil D ist die gleiche wie die in dem Wasser, welches der Aktivkohle zuzuführen ist»

Das im Teil A gespeicherte Waschwasser, welches die höchste Schwefelsäurekonzentration aufweist, wird mittels einer Pumpe 36 durch ein Rohr 35 herausgepumpt und nach Passieren eines Filters 37 einer leutralisierungsanlage zwecks Entfernen oder einer Schwefelsäure-Erzeugungsanlage oder einer Ammoniumsulfat-Erzeugungsanlage zugeführt, je nachdem, wofür es verwendet werden soll. Statt dessen kann, wie Pig» 1 zeigt, das Waschwasser in einen Blitzverdampfer 38 geführt werden, um es dem Wärmeaustausch mit Dampf auszusetzen, von dort zu einem Kondensator 39 laufen, um bei 40 darin erwärmt zu werden, und in den Blitzverdampfer 38 zurückzukehren, um den Wassergehalt unter vermindertem Druck zu verdampfen und konzentrierte Schwefelsäure herzustellenc

Der in dem Blitzverdampfer 38 erzeugte Dampf wird durch das vom Filter 37 kommende Waschwasser kondensiert, und das sich so ergebende Wasser wird durch Rohre 42, 44 mittels einer Pumpe 43 dem Wiederumlauf im Wassertank 11 zur Wiederverwendung zugeführt. Die zur Kondensation des Waschwassers in dem Kondensator 39 erforderliche Wärme wird durch den Kondensatorteil der oder eines Teils der Exhaüstergase oder Dampfextraktion von der ·

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Turbine in der- angeschlossenen Wärmekraftanlage gelieferte Statt dessen kann ein unabhängiger Kondensator getrennt vorgesehen werden»

Die einen Dampfkessel 1 verlassenden Abgase werden durch eine leitung 2, einen Vorerhitzer 3-und eine leitung 4 in einen Staubsammler 5 geführt, und nach Entfernen des Staubes daraus werden sie in ein Rohr 6 geleitet, das zur EntSchwefelungsanlage führto Die Abgase im Rohr 6 werden durch:ein Gebläse 7 unter Druck gesetzt und Über eine Leitung 8 in eine Leitung 10* die zur Trocknungszone führt, und einn Leitung 9 gefördert, die zur Desorptionszone führt. Die Abgase- die in die Leitung 10 eintreten, werden in die Trocknungszone Y der Entsohwe^elungsanlage eingeführt, wo sie zum Trocknen der Aktivkohle i^erwendet werden, welche infolge des Wasserwasch- und Desorp.l. osisvorganges feucht ist. Da in diesem Falle die Abgase, die die*· Aktivkohle trocknen, gleichzeitig einen Teil des Schwefligsäuregases abgeben, soweit es durch die Aktivkohle adsorbiert wird, enthalten die Abgase, die die Trocknungszone verlassen, eine geringe Menge Schwefligsäuregas und mehr Wasser*

Die die Trocknungszone verlassenden Abgase werden durch βία Gebläse 52 unter ^ruck gesetzt und durch ein Rohr 55 zugaiamen mit frischen Abgasen, welche in die Leitung 55 durch die Leitung 9 und eine Leitung 54 eintreten, in eine Desorptions· gone X in der Entschwefelungsanlage überführt,- wobei die Strö-

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niungsgeschwindigkeit durcli einen Dämpfer 53 reguliert wird* Die Strömungsges^vchwindigkeiten in der Leitung 10, die zur Irooknungszone, und in der Leitung 9, die zur Desorptlonszone führt, werden duroh den Dämpfer 53 entsprechend den Betriebsbedingungen in der Entschwefelungsanlage reguliert.

Dann strömen die Abgase, deren Schwefligsäuregasgehalt mittels Adsorption durch die Aktivkohle in der Adsorptionszone X in der Entschwefelungsanlage 31 entfernt ist, durch eine Leitung 56 und werden mit den in einem liebenrohr 57 strömenden Abgasen vereinigte Das Nebenrohr 57 ist ^l^ einein. Dämpfer 58 versehen, welcher während des normalen Betriebs des Dampfkessels geschlossen ist, jedoch beim Anstellen oder Abstellen des Dampfkessels oder wenn die Entschwefelungsanlage zufällig zum Stillstand kommt oder •repariert wird, geöffnet wird. Eine Leitung 59 ist mit einer Iebelentfernungsanlage 60 verbunden, um den Nebel in den Abgasen vor ihrem Entweichen in die Atmosphäre durch einen Kamin 61 zu entfernen,,

Entsprechend dem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Figo 2 dargestellt ist, werden die durch die Leitung strömenden Abgase auf eine Leitung 62 und eine Leitung 63 verteilt, und die Strömungsgeschwindigkeiten in den yerschiedenen Leitungen werden durch einen Dämpfer 64, der in der Leitung 62 angeordnet ist, reguliert* Die durch die Leitung 63 strömenden

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- it

Abgase werden zwecks Kühlung in .einen Y/ärmeaus tau scher 65 und dann durch eine Leitung 66 in die Leitung 62 geführt und dort mit den Abgasen vereinigt, die durch die Leitung 62 strömen» Die so vereinigten Abgase werden weiter vereinigt mit Abgasen^ die in einer Leitung 6? strömen, und endlich in die Adsorptionszone X in der Sntschwefeluhgsanlage 31 eingeführte

Die Hochtemperaturabgase werden mit den Niedrigtemperatur ab gas en in der beschriebenen Weise gemischt, um so die Temperatur der Abgase, -die in die Adsorptionszone X eintreten, auf unter 100 bis 130⁰C einzustellen, und zwar ist dies erforderlich, weil Schwefligsäuregäs in den Abgasen von Aktivkohle am wirkungsvollsten bei einer Temperatur unter 100 bis 130 0 adsorbiert wird, Die die Adsorptionszone X verlassenden Abgase werden in eine Leitung 68 geführt und, nachdem sie durch ein Gebläse 70 komprimiert sind, welches in einer Leitung 69 angebracht ist, zum Erhitzen in den Wärmeaustauscher 65 geleitet und danach durch eine Leitung 71 in die Trocknungszone Y eingeführte Diese Abgase, die zum Trocknen der Aktivkohle verwendet werden sollen, enthalten im wesentlichen kein Schwefeloxyd, da sie vorher durch die Adsorptionszone geleitet wurden«, Die in die Adsorptionszone einzuführenden Abgase sollten im wesentlichen kein Wasser enthalten.

Dann werden die die Trocknu&gszone Y verlassenden Abgase in eine Leitung 72 geführt und mit den Abgasen vereinigt, die

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abgezweigt ist» Die so "vereinigten Abgase strömen durch eine Tiei-fruELg 74 und von da durch die leitung 59«. Die Leitung 73 weist einen darin angebrachten Dämpfer 75 auf, der die Strömungsgeschwindigkeiten der Abgase reguliert, die von der Leitung 68 durch die Leitungen 73 und 69 strömen_β

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Der Wärmeaustauscher &$ ist am Röhr 21 vorgesehen, um das

Wasser, welches in den Tank 19 eingespeist wird, zu erhitzen, wodurch das der Aktivkohle zuzuführende Wasser, in der Wasehwasser- und Desorptionsζone Z auf einer Temperatur von 70 bis 95⁰O gehalten wird«, Durch die Verwendung des heißen Wassers kann die für die Extraktion von.Schwefeloxyden aus der Aktivkohle erforderliche Zeit drastisch verkürzt werden, und dementsprechend ist es möglich, die Schwefeloxyde mit einer' geringen Wassermenge zu desorbiereno Wenn z.B» die Extraktion von Schwefeloxyden unter Verwendung von Wasser mit einer Temperatur von 2O⁰O einerseits und Wasser mit einer Temperatur von 80⁰O andererseits durchgeführt wird und die übrigen Bedingungen_ogleich gehalten werden,

mit dem Wasser von 80 ist die Menge der/extrahierten Sohwefeloxyde um etwa 40$ größer

als die mit Wasser von 2O⁰O in der gleichen Zeit extrahierte Menge.

77. :'- "... Der Wärmeaustauscher ■££ verwendet als seine Wärmequelle die

Abgase, die den Staubsammler 5 in der Leitung 4 verlassen und dorthin durch eine Nebenleitung 76 geführt werdenΓ und die gekühlten Abgase, die den Wärmeaustauscher 6§ verlassen, werden in die Lei-■· tung 67

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Claims

Patentanspräche

1. Verfahren zum Entschwefeln von Abgasen mittels Leitung der Abgase durch ein aus einer Schwefeloxyd-Adsorptionszone, einer Vfaschwasser-Desorptionszone und einer Adsorptionsmitteltröcknungszone bestehendes System, bei dem die Zonen in bestimmten Zeitabständen ihre funktionen wechseln und so die Adsorption und die Desorption der Schwefeloxyde und die Trocknung des Adsorp-

/in verschiedenen Zonen des Gesamtsystems tionsmittels⁷xmxüm gleichzeitig durchgeführt werden, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß in die ser-Desorptionszone (Z) stoßweise Was^^r eingeführt wird·

2e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne% daß das stoßweise linfUhren von Wasser in der Weise vor genommen wird, daß man Wasser aus einem Wasser speiche rtank (19) zweck!=» Desorption der Schwefeloxyde in Abständen jeweils eine, bestimmte- Seitdauer in die Waschwasser-Desorptionszone (Z) einführt, die Einführung des Wassers unterbricht und das Wasser während der Zeitdauer, in der die Einführung des Wassers nicht vorgenommen wird, in dem Sank (19) speichert»

3* ?erfahren nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase in die irocknungszone (Y) zur (Trocknung des feuchten Adsorytionsmittels eingeleitet und daß die die Trooknungszone ver-

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lassenden Abgase zwecks Adsorption der in ihnen enthaltenen Schwefeloxyde in die Adsorptionszone (X) geleitet und von dort in die Atmosphäre abgelassen werden*

4ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase zwecks Adsorption der in ihnen enthaltenen Schwefeloxyde in die Adsorptionszone (X) eingeleitet, die die Adsorptionszone verlassenden Abgase erhitzt sowie anschließend in die Trocknungszone (Y) zur Trocknung des feuchten Adsorptionsmittels geleitet und die die Troeknungszone verlassenden Abgase in die Atmosphäre abgelassen werden«

5« Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen von Wasser in die Waschwasser-DesOrptionszone (Z) zwecks Desorption der Schwefeloxyde in der Weise vorgenommen wird, daß das einzuführende. Wasser in seiner Zusammensetzung fortlaufend von einer hohen Schwefelsäure- zu einer niedrigeren Schwefel Säurekonzentration verändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vollendung des stoßweisen·Einführens von Wasser der V/assereinführvorgang völlig beendet wird, um eine Entwässerung des Adsorptionsmittels zu ermöglichen«

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