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Die Erfindung befasst sich mit Behandlungsmittel für Ammoniak NH3, der als Feuchtigkeit in dem Klärschlamm als Mischung mit Wasser nach einer mechanischen Entwässerung als Restfeuchte vorhanden ist und der als Gemisch aus Wasser und NH3 nach den Gesetzen von binären Systemen bei der Behandlung im Trockner verdampft und folglich als Destillat des binären Systemes (NH3 und H2O) aus dem Trockner für eine weitere Behandlung abgezogen wird, um die Energie des Wasserdampfes als Kondensationswärme zu nutzen und den NH3 weiter abzukühlen, um die Nicht-Kondensierbaren in die Kläranlage zurückzugeben und wieder zu verwenden.
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Weiter beschäftigt sich die Erfindung mit der Erzeugung von Wertstoffen aus Klärschlamm, um die Verwendung von Klärschlamm als NH3-freies Wirtschaftsgut zu ermöglichen.
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Weiter ist der Betrieb der Anlagen mit Klärschlamm, die Lieferung und die Inbetriebnahme auf die Sicherheit beim Auftreten von Ammoniak NH3 abzustimmen. Hierzu ist die Behandlung nach den Sicherheitsdatenblättern des HN3 im Klärschlamm auszuführen. Dementsprechend haben die Gemeinden bei der Klärschlammlieferung in die Monoverbrennung das Problem der Bildung von N2O durch das Verbrennen von NH3. Und weitere Maßnahmen sind notwendig.
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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. Weitere Maßnahmen sind beim Klärschlamm notwendig, um Human Resources, Human Capital und Man Power bei Klärschlamm und Klärschlamm Behandlungen zu reduzieren.
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Weiter ist über die Minderung der schädlichsten Klimagase nach einer Vollzugsmeldung aus dem BAFU Projekten Nr. 0117 und Nr. 0159 bekannt, in der Kläranlage Emmen bis 2020 in einer Nachbehandlung 40.000 t CO2eq aus Lachgasen N2O bei der Verbrennung durch eine thermische Spaltung bei 960 °C, also 10.000 t CO2eq pro Jahr - netto - beseitigt zu haben. Wegen der Aufwendungen für Anlagentechnik, Anlagenbetrieb, Human Resources und Man Power sind weitere Maßnahmen notwendig.
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Weiter ist nach der Vollzugsmeldung des BAFU für Emmen bei 220.000 EW bestätigt, dass in Schweizer Kläranlagen, errechnet mit dem Dreisatz, bei 1.500.000 EW in Zürich (10.000/220.000*1.500.000) 68.181 t CO2eq und bei 8,57 Mio. EW in der Schweiz 389.545 t CO2eq zusätzlich aus N2O vorhanden sind und entsprechend weitere Maßnahmen nach dem Sicherheitsdatenblatt für NH3 notwendig sind.
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Weiter ist eine Monoverbrennung von Klärschlamm in Zürich Werdhölzli bekannt, nach welcher stündlich 3.750 kg Schlamm, zusammen mit 5.000 kg Wasser in einem binären System mit Ammoniak NH3 umgesetzt werden. Wesentlicher Nachteil: die Ausbildung von Löschgasen aus Wasserdampf und NH3. Es ist nämlich so, dass Wasserdampf in einer binären Mischung mit NH3 bei 2.000 ppm oder 0,2 % nicht brennt.
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Weitere Nachteile bestehen neben den Klimagasen von 68.181 t CO2eq durch die Klimaerwärmung in Zürich aus der Verdrängungsarbeit p(v" - v') von 5.000 kg Dampf in den Rauchgasen. Weitere notwendige Maßnahmen betreffen Human Resources, Man Power und die Emission an Wasserdampf der Kläranlage Werdhölzli.
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Weiter ist es beim Ammoniak so, dass dieser als Zersetzungsprodukt teilweise schon im Urin, im Abwasser in Lösung geht und damit als binäres System auftritt. Demgemäß sind bei der Bildung von binären Systemen weitere Maßnahmen notwendig.
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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. In Bezug auf Human Resources und Human Capital für „Bäume Anpflanzen“ sind weitere Maßnahmen notwendig.
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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, bei Human Resources, Human Capital und der Behandlung des Ammoniaks und der Freisetzung von Lachgasen, einem der schädlichsten Klimagase, nach dem aufgezeigten Stand der Technik, das Problem zu Grunde, für die Behandlung des Ammoniaks, der mit Wasser als Feuchte im Klärschlamm vorhanden ist, geeignete Behandlungsmittel vorzusehen, um den Ammoniak aus dem Klärschlamm zu trennen und einen NH3 freien Klärschlamm bei der Trocknung zu erhalten. Weitere Aufgabe, die Reduzierung von Human Resources und Man Power bei der Behandlung von NH3 zu ermöglichen.
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Dieses Problem wird durch die in Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale, von Behandlungsmitteln für Ammoniak NH3 gelöst, welcher im Klärschlamm nach der Entwässerung als Restflüssigkeit in einem binären System mit Wasser H2O vorhanden ist, und die Behandlungsmittel für eine thermische Trennung der binären Stoffe, basierend auf Stoffeigenschaften des Höher - Sieders, dem H2O, vorgesehen sind, ein Trocknungscontainer als Behandlungsmittel, eingebunden in einen beheizten Kreislauf aus Destillaten, zum Trennen des binären Gemisches von dem Klärschlamm vorgesehen ist,
Quench Kühler als Behandlungsmittel mit einer Trennstufe vorgesehen sind, in welcher durch eine wasserführende Aufgabeleitung eine Aufnahme/Absorption der Kondensationswärme und der Kondensate des binären Gemisches im Wasser vorgesehen ist, und Rohrleitungen für die binären Gemische und für Destillate angereichert mit NH3, zur Rückführung in die Kläranlagen vorgesehen sind und insbesondere ein Trockner zur Behandlung von Trockengut bei der Siedetemperatur des Höher-Sieders, H2O 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 den Behandlungsmitteln für NH3, welcher im Klärschlamm nach der Entwässerung in der Restflüssigkeit vorhanden ist, erzielten Vorteile bestehen in Behandlungsmitteln für eine thermische Trennung der binären Stoffe, den Stoffeigenschaften des Höher - Sieders, des H2O, und der Sicherheit der Trennung von NH3 bei Erreichen eines wasserfreien Klärschlamm, oberhalb von 100 °C und 133 °C über der Siedetemperatur von NH3.
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Weitere Vorteile
- • Kontrollierte Ableitung und Absorption von NH3;
- • Einsparung der Human Resources und Human Capital;
- • Einsparung des Arbeitsaufwandes bei Klimagasen CO2eq.
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Es ist nämlich bei einem Bedarf an Fachpersonal für den Betrieb der Anlagen so, dass einem Hersteller bei der Stellung des Betriebspersonals jeweils ein Verlust im Millionenhöhe entsteht, wenn Human Capital auf diese Weise zum Betrieb der Anlagen abgezogen wird und im Versuchsbetrieb die Man Power fehlt. Dementsprechend zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass bei der Trocknung für Containerwechsel ein Arbeitsaufwand von 20 Minuten pro Tag vorgesehen ist.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in dem Oberbegriff in der Behandlung des HN3 in einem binären System mit Wasser. Der erreichte Vorteil besteht darin, dass die Trennung von NH3 durch die Behandlung als binäres System in die Trocknung integriert ist. Weiterer Vorteil: Prozess- und Funktionssicherheit.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass Trocknungscontainer als Behandlungsmittel für eine thermische Trennung der binären Stoffe, basierend auf den Stoffeigenschaften des Höher - Sieders, dem H2O in dem Sorptionsmittel vorgesehen sind. Wesentlicher Vorteil: Die erreichte Reinheit der Destillate, nachdem beim Aufheizen die Luft-Atmosphäre aus dem Trockner verdrängt ist.
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Es reicht dann nämlich aus, das Wasser zu verdampfen und Wasser zu kondensieren unter Verwendung der Behandlungsmittel.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht es, einen Trockner zur Behandlung von Trockengut bei der Siedetemperatur des Höher-Sieders, H2O vorzusehen. Der erreichte Vorteil ist: NH3 freier Klärschlamm bei überhöhter Siedetemperatur.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 3 ermöglicht es, einen Temperatursensor TI vorzusehen. Erreichter Vorteil: Temperatur Alarm TA für NH3-Separation.
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Es ist nämlich so, dass die Trocknung von Chargen in Containern durch einen max. Temperaturwert als beendet gilt. Vorteil: Regelungen von unterschiedlichen Mengen durch (1) Wert von (1) Sensor. Einfaches Scale up.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht es, Entsorgungsleitungen als Behandlungsmittel für die Ableitung des Energieüberschusses der Höhersieder vorzusehen. Vorteil sind kleine Querschnitte bei höherer Erwärmung der Flüssigkeiten.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 5 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht es, Wärmetauscher zur Wärmenutzung aus den Überschüssen an Energie vorzusehen. Erreichte Vorteil: Substitution von Primärenergie.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 6 ermöglicht es, eine Entsorgungsleitung in Klärbecken zur Abwärme Nutzung vorzusehen. Vorteil: direkte Energie Nutzung.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 7 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 7 ermöglicht es, eine Entsorgungsleitung für Restdestillate in dem Faulturm vorzusehen. Vorteil: Vermischung der Gase mit Faulgasen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 8 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 8 ermöglicht es, weitere Trennstufen zur Behandlung der Destillate in Quench Kühlern vorzusehen. Vorteil: Entfeuchtung des NH3.
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Weitere Vorteile der Klima-positiven Erfindung sind zeichnerisch in 1 dargestellt und in Beispielen rechnerisch beschrieben. Es zeigen:
- 1 Behandlungsmittel für Ammoniak NH3 mit einem Trockner
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Behandlungsmittel für Ammoniak NH3 sind in 1 mit einem Trockner zur Trennung des NH3 von Klärschlamm als Schema dargestellt, das aus einem Trocknungscontainer 1, beweglich gelagert auf Rädern, einem Anströmboden 2 zur Aufnahme von wasserfeuchten Klärschlamm mit Ammoniak NH3, aufgegeben von einer Kammerfilterpresse, aus 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 von dem Trocknungscontainer 1, aus einer Entnahmeleitung 12 für die Destillate des binären System zu einem Quench Kühler 13, für eine Abscheidung des Höhersieders H2O aus dem binären System, mit einer Aufgabe Leitung 14 für kaltes Wasser und einer Entnahmeleitung 15 des durch Dampfkondensation erhitzten Wassers, aus einem Wärmetauscher 21 zur Kühlung des H2O, aus weiterführenden Leitungen 16 des an NH3 angereicherten Destillates, aus einem Ventilator 17 zur Absaugung anfallender Destillate, einem weiteren Quench Kühler 18 zur weiteren Kondensation von Wasser und teilweiser Absorption von Leichtsiedern NH3 in kaltem Wasser, mit Zuleitungen 19 und einer Entnahmeleitung 20 sowie einem Sensor 22 zur Temperaturanzeige TI für eine reproduzierbare Ausführung der Chargentrocknung, aus einer Rückführung Leitung 26 der Nicht-Kondensierten und schematisch, insbesondere für die Trocknung und Verdampfung der Feuchte, so aufgebaut ist, dass
- • der Trocknungscontainer bei Null Emission die Trennung von NH3 bei 100 °C, 133 °C über dem Siedepunkt integriert;
- • bei dem Containerwechsel ein Personalbedarf von 20 Minuten möglich ist;
- • Human Ressource und Human Capital gespart sind;
- • ein Energiespeicher aus NH3 freiem Klärschlamm möglich ist.
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Wesentlicher Vorteile zur Monoverbrennung:
- • Integration der NH3 Abscheidung im Transportcontainer - statt N2O Zersetzung bei 960 °C;
- • Energiespeicher mit getrocknetem Klärschlamm;
- • Einsparung von Human Resource und Human Capital.
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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 Trocknungscontainer 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 Trocknungscontainer 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 und die Einsparung von Human Resources.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind für Kläranlagen, durch komplementäre Messungen von NH3 und N2O in Rechenbeispielen aufgezeigt:
| Vollzugsmeldung des BAFU, Projekt | Nr. 0117 |
| Kläranlage Emmen, bei Luzern | 220.000 EW |
| N2O Emissionen über 4 Jahre | 40.000 CO2eq |
| Spezifische Emission pro 220.000 EW | 10.000 t CO2eq/Jahr |
| Anwendung der BAFU Ergebnisse in...... | |
| Lindau, mit 45.000 EW * 10.000/220.000 EW | 2.045 t CO2eq/Jahr |
| Zürich, mit 1.500.000 EW* 10.000/220.000 EW | 68.166 t CO2eq/Jahr |
| Deutschland: 85.000.000 . EW * 10.000/22.000 EW | 3.862.777 f CO2/Jahr |
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Ergebnis für Zürich:
- Mit dem Export der Technologie nach Rostock und nach Schweden entstehen Folgekosten durch Kompensation von jeweils 68.000 t CO2eq/Jahr.
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Pilot- und Testanlage zur Abscheidung von NH3 aus Klärschlamm Kyoto ab 1982 über 5.000 Betriebsstunden:
| Kontinuierliche Trocknung, mit Absorber | SULZERChemtech |
| Abgaswerte aus Messprotokollen, Kyoto | 18.10.1983 |
Feed to Absorber - nach Trockner:
| Temperatur | 133 °C aus Trockner | |
| Gas, trocken | 94 Nm3/h | 121 kg/h |
| H2O | 331 Nm3/h | 265 kg/h |
| Gas, nass | 425 Nm3/h | 387 kg/h |
| NH3 | 1.500 ppm | 0,58 kg/h |
| NH3 im H2O | (0,58/265)100 | 0,219 % des Wassers |
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Abscheidung in den Trennstufen des Absorbers Feed zur Kläranlage (aus Absorber)
| Temperatur | 54 °C aus Absorber | |
| Gas, trocken | 95 Nm3/h | 123 kg/h |
| H2O | 16 Nm3/h | 12,8 kg/h |
| Gas, nass | 111 Nm3/h | 135,8 kg/h |
| NH3 | 290 ppm | 39 g/h |
| NH3 Destillat | 39/580g | 6,72 % NH3 |
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Das getrocknete Destillat mit < 10 % Feuchte wird im Gasbrenner verbrannt.
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Anwendung der SULZER Ergebnisse aus Kyoto
| NH3 Konzentration im Dampf | 0,219 % NH3 |
| Wasseraufgabe Zürich 40.000 t/8.000h | 5.000 kg |
| NH3 Menge pro Stunde 0,00219* 5.000 kg | 10,95 kg/h |
| N2O Menge 10,95 *44/17 | 28,34 kg/h |
| Klimagase aus N2O 28,34*298 | 8.445 kg CO2eq/h |
| Klimagase in Zürich: 8,445 * 8.000h | 67.565 t CO2eq/Jahr |
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Erreichter Vorteil der Erfindung:
| Einsatz der Human Resources für | Containerwechsel |
| Man Power: bei 50.000 EW | 20 Minuten pro Tag |
| Energiespeicher aus Klärschlamm | 8 MWh pro Tag |
| Wesentlicher Vorteil: bei | 1.500.000 EW in Zürich |
| Nenn-Größe, bezogen auf 50.000 EW | 30-fach |
| Gesamtbedarf: bei 50.000: 20 Minuten x 30 = | 600 Minuten |
| Nenn Human Resources in Zürich: 600/60 | 10 Ma-Stunden/Tag |
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Die mit der Erfindung erreichte Human Resources zur Klärschlamm Verwertung beträgt insgesamt 10 Ma-Stunden im Kanton Zürich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trocknungscontainer, 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
- Quench Kühler, Absorber
- 14
- Aufgabeleitung für Wasser
- 15
- Wasserentnahmeleitung, Entsorgungsleitung
- 16
- weiterführende Leitung
- 17
- Ventilator
- 18
- Quench Kühler, Absorber für NH3
- 19
- Zuleitungen für Wasser, Aufgabeleitung
- 20
- Entnahmeleitung, Entsorgungs-
- 21
- Wärmetauscher
- 22
- Sensor, Temperatur Sensor
- 23
- Untergestell
- 24
- Räder
- 25
- Bypass Rohrleitung
- 26
- Entsorgungsleitung, Rückführleitung,
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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