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Die Erfindung befasst sich mit Trocknern bei geschlossener Atmosphäre für Separation (Trennung) von Wasser und Leichtsieder aus Klärschlamm, um die Trennung von Ammoniak, NH3 aus Klärschlamm bei der Erzeugung von Trockensubstanz aufzuzeigen, Klärschlamm mit wenig NH3 zu erzeugen und das Klima vor Klimagasen z.B. CO2 und Lachgasen N2O gebildet bei der Verbrennung von NH3 mit Wasser zu entlasten.
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Weiter beschäftigt sich die Erfindung mit der Erzeugung von Wertstoffen aus Klärschlamm, um die Verwendung von Klärschlamm als Wirtschaftsgut zu ermöglichen und Klärschlamm wie ein Wirtschaftsgut zu behandeln.
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Für die Minderung der Klimagase CO2 ist ein Gesetz nach der VO 641.711 aus der Schweiz zur CO2 Minderung bekannt, nach welcher die Klimagase CO2 und weitere klimaschädliche Gase, wie das beim Verbrennen von NH3 gebildete Lachgas N2O mit dem 298 -fachen CO2eq Äquivalent ausgewiesen sind. Für die Gemeinden und Kommunen, die nach bestem Wissen und den Gesetzen, den Klärschlamm einer Mono Verbrennung zuführen, besteht der Nachteil darin, dass eine Abgasnachbehandlung wegen der Emissionen an CO2eq notwendig ist. Im Rahmen der Gesetze sind beim Verbrennen von NH3-haltigem Klärschlamm im Klimaschutz weitere Maßnahmen notwendig, um die Emissionen an N2O - Lachgasen - zu vermeiden.
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Weiter ist ein Bericht über die Schweizer Wirtschaft zum Erreichen der Klimaziele im Magazin Energie Zukunft Schweiz bekannt, nach welchen neue Konzepte und neue Business Cases mit ambitionierten Zielen für die Schweiz angesprochen sind, damit Null Emission und die Nutzung beschränkter Ressourcen im Klimaschutz der Schweiz ermöglicht wird. Demgemäß sind bei den schädlichsten Klimagasen dem N2O aus der Verbrennung von Klärschlamm weitere Maßnahmen notwendig.
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Weiter ist über die Minderung der schädlichsten Klimagase aus dem BAFU bekannt, nach den Projekten Nr. 0117 und Nr. 0159 in der Kläranlage Emmen bis 2020 in weniger als 4 Jahren 40.000 t CO2eq aus Lachgasen N2O bei der Verbrennung von Klärschlamm in einer Nachbehandlung durch eine thermische Spaltung bei 960 °C mit 10.000 t CO2eq pro Jahr - netto - beseitigt zu haben. Beispielhaft sind durch BAFU in Emmen, bei 220.000 EW, aufgezeigt, dass in Schweizer Kläranlagen, nach dem Dreisatz, bei 1.500.000 EW in Zürich (10.000/220.000*1.500.000) 68.181 t C02eq und bei 8,57 Mio. EW in der Schweiz 389.545 t CO2eq zusätzlich aus N2O vorhanden sind. Weitere Maßnahmen sind bei dem Gebrauch der tatsächlichen Lachgasemissionen N2O-brutto notwendig, da weitere CO2 Emissionen durch die thermische Nachverbrennung TNV und durch die Aufheizung der nassen Rauchgases bei unzureichend Sauerstoff O2 und Frischluft verursacht sind.
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Nachteil ist: der Verbrauch an Zusatzluft und Zusatzbrennstoff und eine wesentliche Erhöhung der ausgewiesenen Emissionen von 10.000 t CO2eq in Emmen, 68.181 t CO2eq in Zürich und 389.545 t CO2eq für die Schweiz pro Jahr. Näheres: Klik Klimastiftung Projekt Emmen 0117 und ARA Rhein AG(Pratteln).
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Weiter ist eine Monoverbrennung von Klärschlamm in Zürich Werdhölzli bekannt, nach welcher 3.750 kg NH3-haltiger Schlamm, zusammen mit 4.000 kg Wasser, H2O pro Stunde in einer Sandwirbelschicht verbrannt werden. Nachteil sind: die Klimaerwärmung durch die Verdrängungsarbeit p(v" - v') von 4.000 kg Dampf und die Erzeugung des schlimmsten Klimagases, nämlich Lachgas N2O in der beim BAFU dokumentierten Menge von 68.181 t CO2eq also dem 7-fachen der ARA Emmen. Demgemäß sind für Null Emission und zur Beseitigung der schlimmsten Klimagase, nämlich 68.000 t CO2eq/Jahr aus NH3, weitere Maßnahmen notwendig. Wesentlicher Nachteil: direkte Klimaerwärmung durch p(v" - v') und 70.000 t CO2eq/Jahr.
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Weiter ist ein Vorschlag für weltweiten Klimaschutz von dem WEF Davos 2020, bekannt, die Risiken der Welt Ökonomie wegen des Klimawandels durch „Bäume Anpflanzen“ mit einem Vielfachen von 1.000.000.000 Bäume zur reduzieren, um CO2 Gase abzuscheiden. Die Vorschläge des WEF aus der Schweiz sind mit dem Nachteil verbunden, dass zusätzliche Flächen für die CO2eq Emissionen von 389.000 t CO2eq der Schweiz notwendig sind und diese Menge CO2 in jungen Anpflanzungen erst nach einigen Jahren gespeichert wird. Weiterer Nachteil: Prüfung der Folgekosten nämlich des Flächenverbrauches und des Bedarfs an Arbeitskräften bei einer CO2 Abscheidung von 13 t CO2 pro ha und Jahr. Näheres in Beispielen: unten.
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Ein Verfahren zur Trocknung eines feuchten Abwasserschlammes ist von der Druckschrift CH 644 683 der SULZER-Escher Wyss AG bekannt, nach welcher das Wasser bei Siedetemperatur als Destillat von dem Klärschlamm getrennt wird und das Destillat anschließend kondensiert wird. Für eine Trocknung bei einem geschlossenen Kreislauf und für die Kontrolle der Leichtsieder als Agent (NH3) für vergessene Klimagase sind weitere Maßnahmen notwendig.
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Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung zur Minderung von CO2 Emissionen liegt bei der Behandlung von Klärschlamm in der Schweiz, der Freisetzung von Lachgasen, einem der schädlichsten Klimagase, die beim Verbrennen aus NH3 entstehen, sowie bei der Erderwärmung aus der Verdrängungsarbeit p(v" - v') und der thermischen Nachbehandlung von N2O oberhalb 960 °C das Problem zu Grunde, für eine Trocknung des Klärschlammes eine Lösung zur Trennung des Ammoniak aus dem Klärschlamm vorzuschlagen, um NH3 bei Null Emission aus dem Klärschlamm zu trennen, die Bildung der CO2eq Emissionen als N2O in der Verbrennung und die Klimaerwärmung durch Verdrängungsarbeit p(v" - v') zu vermeiden sowie einen NH3 freien Klärschlamm zu erzeugen, damit die vom BAFU dokumentierten CO2eq Emissionen gespart werden, die Klimagesetze in Bezug auf die CO2eq Emissionen erfüllt werden, und die Gemeinden durch Vermeidung der Emissionen aus Klärschlamm klima-neutral handeln und für Bürger in den Gemeinden durch NULL Emission ohne Erderwärmung aus Klärschlamm eine Klima-Neutralität erreicht ist. Weitere Aufgabe ist es, den Flächenverbrauch durch das Bäume Pflanzen und den Kostenaufwand der neuen Anpflanzungen zu sparen, um die Kläranlagen in den Gemeinden zu verbessern.
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Dieses Problem wird durch die in Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale, von Trocknern bei geschlossener Atmosphäre für Separation (Trennung) von Wasser und Leichtsieder aus Klärschlamm als Destillate gelöst, bei welchen eine Rohrleitung zur Ableitung des Überschusses an Destillaten vorgesehen,
ein Absorber für die Destillate aus NH3 und Wasser H2O vorgesehen ist, bei welchem ein Wärmetauschmittel und Sorptionsmittel Wasser und das Sorptiv die Destillate aus dem Klärschlamm sind,
und das Sorptionsmittel für einen Abschluss der Atmosphäre vorgesehen ist, und insbesondere eine Aufgabeleitung für Wasser und eine Entnahmeleitung für Sorbat vorgesehen ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung sind durch die, in den Unteransprüchen 2 bis 8 genannten Maßnahmen, möglich.
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Die mit dem Trockner bei geschlossener Atmosphäre erzielten Vorteile bestehen im Klimaschutz und in der integrierten Trennung des NH3 von dem feuchten Klärschlamm - statt der Spaltung von N2O bei 960 °C - und in der Einsparung der Erderwärmung durch die Verdrängungsarbeit p(V" - V') von Wasserdampf.
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Weitere Vorteile:
- ◯ Integration bei 100 °C, statt thermischer Nachbehandlung bei 960 °C;
- ◯ Tiefere Arbeitstemperatur - 850 °C geringer;
- ◯ Energie Gewinn durch Dampf Kondensation;
- ◯ Erfüllung des CO2 Gesetzes VO 641.711 der Schweiz;
- ◯ Herstellung eines NH3 freien Wirtschaftsgutes;
- ◯ Kosten und Folgekosten Ersparnis des Bäume Anpflanzen;
- ◯ Zusatzvergütungen für CO2eq aus CO2 Lenkungsabgaben der Schweiz.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht mit einer Rohrleitung zur Ableitung des Überschusses an Destillaten darin, die gebildeten Destillate von dem Klärschlamm abzuleiten. Erreichte Vorteil: NH3 Ableitung integriert in die Trocknung.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in dem Sorptionsmittel als Abschluss der Atmosphäre. Vorteil ist, 100 %iger Abschluss der Flüssigkeit gegenüber Gasdurchtritt und die Ausbildung einer Kondensationsstufe beim Eintritt von Dämpfen; Wesentlicher Vorteil: Einsparung an Energie, ohne die Verdrängungsarbeit p(v" - v') von Wasserdampf (v").
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht es, eine Aufgabeleitung für Wasser und eine Entnahmeleitung für Sorbat vorzusehen. Der erreichte Vorteil ist: Chargenbetrieb mit Recycling von Energie und integrierte Behandlung von NH3.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 3 ermöglicht es, einen Heizkreislauf an dem Trockner vorzusehen. Der Vorteil besteht in der Verwendung von vorhandenen, verschiedenartiger Abwärmen, aus Rauchgasen, Faulgasen, Elektro, Salz Energiespeicher, Methan, Ketone als Heizwärmen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht es, einen Ventilator an dem Absorber vorzusehen. Der Vorteil: Anlagensicherheit und Transportsicherheit von Betriebsvolumen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 5 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht es, einen Absorber mit mehreren Trennstufen vorzusehen. Vorteil: Chargenbetreib und mehrere Absorberstufen. Wesentlicher Vorteil: erhöhte, Abscheideleistung bei Integration der NH3 Abscheidung.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 6 ermöglicht es, eine Entsorgungsleitung für Sorbate in die Ara vorzusehen. Vorteilhaft kann das Kondensat der Destillate in den erwärmten Sorbaten in der Ara (Kläranlage) genutzt werden. Vorteil: Nullemission mit 100 % Recycling der Abwärmen mit Integration des NH3.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 7 mit Trocknern bei geschlossener Atmosphäre für Separation (Trennung) von Wasser und von Leichtsiedern aus Klärschlamm als Destillate gegeben, bei welchen ein Transportcontainer für Trockengut vorgesehen ist, eine Rohrleitung zur Ableitung des Überschuss an Destillaten vorgesehen, ein Absorber für die Destillate aus NH3 und Wasser H2O vorgesehen ist, bei welchem ein Wärmetauschmittel und Sorptionsmittel Wasser und Salmiakgeist und das Sorptiv die Destillate aus Klärschlamm sind und das Sorptionsmittel für einen Abschluss der Atmosphäre vorgesehen ist. Der erreichte Vorteil: Die Container Netto Fläche von 13.88 m2 für einen 20' Container sowie der Flächenverbrauch netto von (2 × 13,88) 27,76 m2 für einen Container an der Filterpresse und einen in der Trockenstation. Wesentlicher Vorteil: Der Flächenverbrauch bei Integration der NH3 Abscheidung.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in Schutzanspruch 8 bei Transportcontainern mit Stutzen für heiße Gase, Anströmböden für Trockengut und Austrittsstutzen für genutzte Gase zur Einbindung in den Kreislauf gegeben. Der erreichte Vorteil: Einfachheit, Trocknung und NH3 Separation bei wenig Personalbedarf. Es ist nämlich so, wenn der Container aus der Filterpresse über 24 Stunden befüllt wird, dann ist dafür kein Personal erforderlich.
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Weitere Vorteile der Klima-positiven Erfindung sind zeichnerisch in 1 dargestellt und in Beispielen rechnerisch beschrieben. Es zeigen:
- 1 Trockner bei geschlossener Atmosphäre
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Ein Trockner eingebunden in einen Kreislauf ist in 1 als Schema dargestellt, das aus einem Trockner 1, aufgebaut aus einem Transportcontainer auf Rädern, einem Anströmboden 2 zur Aufnahme von Klärschlamm, aufgegeben von einer Kammerfilterpresse, einer Füllung 3 mit Klärschlamm auf dem Anströmboden 2, einem Freiraum 4, einer Decke 5 des Containers 1, aus einem Stutzen 6 für eine Aufgabe von heißen Gasen aus einem Kreislauf 7, aus einem Stutzen 8 in den Kreislauf 7 führend, aus einem Ventilator 9, einer Vorrichtung 10 zur Staubabtrennung, aus einer Heizstufe 11 mit der weiterführenden Rohrleitung im Kreislauf 7, aus einer lösbaren Verbindung an dem Stutzen 6, einer weiteren lösbaren Verbindung an dem Stutzen 8 und für die Ableitung von überschüssigen Destillaten aus dem Trockner 1, aus einer Entnahmeleitung 12 zu einem Absorber 13, in der Ausführung als Quench Kühler, mit einer Aufgabe Leitung 14 für kaltes Wasser und einer Entnahmeleitung 15 des durch Dampfkondensation erhitzten Wassers, aus weiterführenden Leitungen 16, einem Ventilator 17 zur Absaugung überschüssiger Destillate, einem Absorber 18 zur Absorption von Leichtsiedern NH3 in kaltem Wasser, mit Zuleitungen 19 und einer Entnahmeleitung 20 sowie einer Druckmessstelle 21 mit einer elektronischen Anbindung 22 an das drehzahlbestimmte Fördervolumen des Ventilators 17 für einen kontrollierten Betriebsdruck an der Messstelle 21, einer Rückführung 26 der nicht Kondensierbaren so aufgebaut ist, dass
- • eine Trennung von NH3 bei 100 °C, 133 °C über dem Siedepunkt möglich ist, im Transportcontainer bei Null Emission integriert ist;
- • Erderwärmung ohne die Verdrängungsarbeit P(v" - v') von verdampften Wasser ausfällt;
- • Abwärmen zurückgeführt und Primärenergie gespart wird;
- • Klimapositivität der Anwohner möglich ist, wenn die Kondensation der überschüssigen Destillate als Energiegewinn möglich ist;
- • der Netto-Flächenverbrauch aus 2 × 13,88 m3 Netto Containerfläche besteht.
- • Wasser-Kreisläufe und Pumpen durch die Bauweise der Quench Kühler nach F28C 3/06 gespart sind;
- • der Ressourcen Verbrauch durch Waldflächen gespart ist;
- • eine Summierung der CO2 Gutschriften aus der Vermeidung der CO2 Emission und aus klimapositiven Energiegewinn möglich sind.
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Wesentlicher Vorteil: Integration der NH3 Abscheidung im Transportcontainer - statt N2O Zersetzung bei 960 °C.
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Weiter ist in 1 eine Bypass Rohrleitung 25 zur Einstellung einer konstanten Strömung im Kreislauf sowie ein Untergestell 23 auf Rädern 24 dargestellt, wodurch der Transportcontainer verschiebbar ist.
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Neben der Darstellung in
1 mit der Ableitung der überschüssigen Gase sind andere Anschlüsse der Rohrleitung
12 möglich, die im Einzelnen nicht aufgeführt sind. Wichtig ist, dass überschüssige Gase aus dem Kreislauf über den Transportcontainer abgeleitet werden, damit die Vorteile der Anlagensicherheit, von Personenschutz und des Explosionsschutzes bestehen bleiben. Vorteil ist: Die Sicherheit der integrierten Trennung von NH3 bei 100 °C durch den Anschluss der Transportcontainer. Weitere Vorteile der Erfindung sind für Kläranlagen, die ohne thermische Zersetzung von N2O und ohne Lachgas Bildung aus NH3 arbeiten, in Rechenbeispielen aufgezeigt:
| BAFU - Lachgas Projekt Nr. 0117 | Emmen |
| CO2 Minderung nach dem Gesetz | VO 641.711 CH |
| Beseitigung der CO2eq Emission aus Lachgasen | N2O |
| Monoverbrennung in Kläranlage | Emmen bei Luzern |
| Größe Emmen | 220.000 EW |
| Priorität am BAFU, Vorlage des Antrages | 19.12.2014 |
| Investition | 3.000.000 CHF |
| Amortisation über CO2 Vergütung im ersten Jahr | 2015 |
| Lachgasabscheidung in 4 Jahren als CO2eq, netto | 40.000 t /Jahr |
| Förderung / Vergütung 3.000.000/10.000 t-netto | 300 CHF/t CO2eq, netto |
| Lachgase Emission N2O in Monoverbrennung | Kläranlage Werdhölzli |
| Inbetriebnahme, ohne Lachgas Minderung | August 2015 |
| Lachgase aus 3-Satz: 10.000 * 1.500.000/220.000 EW | 68.181 t CO2eq/Jahr |
| CO2 Minderung nach dem Gesetz | keine Angaben |
| Schlamm Trocken 30.000 / 8.000 | 3,75 t/h |
| Verdampfung 40.000 / 8.000 | 5 t/h |
| Erderwärmung durch Verdrängungsarbeit- 40,5 kcal/kg | p(v" - v') |
| Erdaufheizung 235 kW * 8.000 | 1.883 MWh/Jahr |
| Unbehandelte Menge aus Projekt Emmen - netto | 68.000 t CO2eq/Jahr |
| Wesentlicher Nachteil: | |
| Das Phosphorrecycling, ohne eine integrierte Abscheidung und Vermeidung der höchsten Lachgas N2O-Emissionen von netto > 68.000 t CO2eq/Jahr. |
| Integrierte NH3 Abscheidung und Vermeidung von 1.883 MWh Erderwärmung: |
| Klärschlamm Trocknung nach 1 | |
| Schlammaufgabe über Pumpe und | Kammerfilterpresse |
| Nenn-Menge | 2,7 t /Tag Trocken |
| Nenn-Wassermenge - 68 % | 5,9 t/Tag |
| Feed-nass | 8,6 t/Tag |
| Platzbedarf bei 8,6 t nass Schlamm | (1) 20' Container |
| Flächenbedarf netto nach DIN | 13,88 m2 |
| Heizwert Ho | 2.500 kcal/kgTs |
| Trocknung bei 100 °C mit Destillaten: | |
| Wärmebedarf 5.900 kg * 530 kcal | 3.127.000 kcal/tag |
| Nenn-Kreislauf - Destillate | 16.000 kg/h |
| Nenn - Wärmeabgabe-Delta T | 90 °C |
| Nenn Trocknerleistung 16.000*0,46*90°C | 662.400 kcal/h |
| Nenn-Betriebszeit 3.127.000/662.400 | 4,7 Betriebsstunden |
| Betriebszeit / Nennstunden 365 * 4,7 | 1.715 Stunden/Jahr |
| Wesentlicher Vorteil: Destillate mit hoher | spezifischer Wärme |
| Bezugsgröße | Kläranlage Lindau |
| Ist-Zustand, ähnlich Lindau | 10 t Schlamm/Tag |
| Entsorgung mit Straßentransporten, zur | therm. Entsorgung |
| Spezifische Kosten | 330 € / t Schlamm |
| Einsparung 3.300 € /Tag * 365 Tage | 1.204.500 €/Jahr |
| Wirtschaftsgut aus trockenem Klärschlamm | 2,7 t/Tag - NH3 frei |
| Energiespeicher bei Ho 2.500 kcal/kg | 7.848 kWh/Tag |
| Wärmepreis von 0,03 €/kWh | 235 €/Tag |
| Im Jahr in 365 Tagen | 86.000 €/Jahr |
| CO2eq* Vermeidung nach dem CH Gesetz - brutto | 0,1 t CO2eq/EW u. Jahr |
| 45.000 EW am Beispiel Lindau, brutto* | 4.500 t CO2eq/Jahr |
| Entlastung an Waldflächen 4.500 /13 t co2/ha | 346 ha Wald |
| Erzielte Flächenbedarf: 2 × 13.88 m2 | 27,76 m3 |
| Im Verhältnis | 3.460.000 m2 / 27,76 m2 |
| *) Diese Werte sind durch NH3 Diagnosen in SULZER Absorbern mehrfach im Rahmen von Abnahmeprotokollen bestätigt, u.a. vom (13. - 24.) Okt. 1982 in Kyoto. |
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Erreichte Vorteile im Klimaschutz für die Schweiz:
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Null Erderwärmung, Null Emission und Null Lachgase bei einer netto DIN Fläche von 27,88 m2 für 2 Container sowie die Integration der NH3 Trennung.
| Wesentlicher Vorteil, die genutzten, physikalischen Stoffdaten: |
| Der Siedepunkt von NH3 | bei - 33,34 °C; |
| Der Verdampfungsdruck | bei 100 °C im wasserfreien Klärschlamm; |
| Verdrängungsarbeit | 40,5 kcal/kg Dampf bei 100 °C nach E. Schmidt; |
| NH3 Absorber | mehrere Trennstufen bei tieferen Temperaturen. |
| Das erreichte Ergebnis | - Integration der NH3 Verdampfung bei 100 °C. |
| | - Null Emission an CO2eq aus NH3. |
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Trockner
- 2 -
- Anströmboden
- 3 -
- Füllung mit Trockengut - Füllmenge
- 4 -
- Freiraum
- 5 -
- Decke des Containers
- 6 -
- Stutzen für heiße Gase
- 7 -
- Kreislauf, heiß für Gase
- 8 -
- Austrittsstutzen, für genutzte Gase
- 9 -
- Ventilator
- 10 -
- Staubabscheidung, Vorrichtung für...
- 11 -
- Heizstufe
- 12 -
- Rohrleitung, Entnahmeleitung
- 13 -
- Absorber
- 14 -
- Aufgabeleitung
- 15 -
- Wasserentnahmeleitung
- 16 -
- weiterführende Leitung
- 17 -
- Ventilator
- 18 -
- Absorber für NH3
- 19 -
- Zuleitungen
- 20 -
- Entnahme Leitung
- 21 -
- Druckmessstelle
- 22 -
- elektronische Anbindung
- 23 -
- Untergestell
- 24 -
- Räder
- 25 -
- Bypass Rohrleitung
- 26 -
- Rückführung, -Leitung
