DE2506378A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abgasen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abgasenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von schädliche Bestandteile enthaltenden
Abgasen, z. B. der Abgase von Industrieanlagen, Werkstätten, Verbrennungsanlagen oder von giftige oder geruchsbelästigende
Schmutzstoffe enthaltenden Gasen, die z. B. bei der elektrolytischen Bearbeitung entstehen, mit Hilfe elektrischer
Energie unter Verwendung elektrochemischer Vorgänge.
Bisher erfolgt die Abgasreinigung durch Kontaktieren eines Abgasstroms entweder mit Katalysatoren, Absorptionsflüssig-
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keiten oder anderen Reaktionsflüssigkeiten zum Entfernen von Schmutzstoffbestandteilen aus dem Gasstrom durch Oxidation,
Reduktion, Kontaktadsorption und/oder Absorption. Diese Techniken benötigten sehr aufwendige Einrichtungen
bei relativ hohen Betriebskosten. Darüber hinaus können die Schmutzstoffe nicht im gewünschten oder verlangten Ausmaß
entfernt werden, und es ergibt sich häufig das Problem von Sekundärverschmutzungen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Behandeln von Abgasen, bei dem die Nachteile bisher
verwendeter Verfahren beseitigt oder verringert sind und ein zuverlässiges und gleichzeitig wirtschaftliches Entfernen
von Schmutzstoffen gewährleistet ist. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens soll im Vergleich zu
bereits entwickelten Vorrichtungen raumsparend ausgebildet sein und bei relativ niedrigen Betriebskosten eine
höhere Behandlungsleistung und Wirksamkeit erbringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch
Einleiten des Abgases unter Druck in einen Elektrolytflüssigkeitsstrom, schnelles Fördern der das Gas in Form
winziger Bläschen mitreißenden Flüssigkeit durch einen schmalen Spalt zwischen zwei Elektroden unter gleichzeitigem
Zuführen eines elektrischen Stroms zu den Elektroden, so daß eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Gas und
dem Elektrolyt stattfindet, wodurch das Gas gereinigt wird, und durch Ableiten des schadstofffreien Gases zur Atmosphäre.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behandlungsgefäß zwei Elektroden in geringem Abstand voneinander
angeordnet sind und daß eine Einheit zum Einleiten des Abgases in den von einer Pumpe geförderten Elektrolytstrom
vor seinem Eintritt in den schmalen Spalt zwischen den an eine Stromquelle angeschlossenen Elektroden vorgesehen
ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Abgasreinigers
;
Fig. 2 eine andere Ausführung der Erfindung, die zum
Geruchlosmachen eines geruchsbelästigende Schmutzstoffe enthaltenden Abgases besonders
geeignet ist; und
Fig, 3 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit einer Maschine zur elektrolytischen Bearbeitung
von Werkstücken.
Der Abgasreiniger gemäß Fig. 1 hat ein luftdicht verschlossenes Behandlungsgefäß 1 (Elektrolysezelle) mit zwei Elektroden
2 und 3» die einander gegenüberliegen und zwischen sich einen elektrochemischen Reaktionsspalt G bilden. Die eine Elektro-
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de 2 ist ortsfest am Gefäßboden befestigt und die andere Elektrode 3 durch ein Stellglied H gegenüber der Elektrode
2 verschiebbar. Mit dem Stellglied 4 kann der Reaktionsspalt G auf z. B. weniger als 5 mm und bevorzugt 1 ,um bis 0,1 mm
eingestellt und die eingestellte Spaltweite während der Elektrolyse konstantgehalten werden. Die Elektroden 2 und
sind mit einer eine Stromversorgung und ein Steuerglied enthaltenden Einheit 5 verbunden, die dem Reaktionsspalt G
einen Elektrolysestrom zuführt. Das Behandlungsgefäß 1 ist über eine Auslaßleitung 6 mit einem einen Elektrolyten enthaltenden
Vorratsbehälter 7 verbunden. Der Elektrolyt wird von einer Pumpe 8 angesaugt und durch eine Zuleitung 9 und
einen die Elektrode 3 durchsetzenden, zum Reaktionsspalt G offenen Durchlaß 3a zum Spalt G gefördert. In der Zuleitung
9 für den Elektrolyten ist eine Gaszumischexnheit 10 angeordnet, die eine Abgaseinlaßöffnung 10a, eine Ansaug- oder
Plenumkammer 10b und eine Venturidüse 10c aufweist, so daß das in die Ansaugkammer 10b durch die Einlaßöffnung 10a geleitete
Abgas an der Venturidüse 10c in die Elektrolytströmung eintritt und in Form kleinster Blasen von dieser
mitgerissen wird. Das homogene Gas-Elektrolyt-Gemisch wird dem Reaktionsspalt G zwischen den Elektroden 2 und 3 zugeführt.
Die Gaszumischeinheit 10 kann in bekannter Weise als Verdichter oder Sauggebläse ausgebildet sein.
Die Elektroden 2 und 3, zumindest jedoch die als Anode gepolte
Elektrode, bestehen vorzugsweise aus einem elektrolytisch auflösungsfesten Elektrodenwerkstoff, z. B. Platin,
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Kohlenstoff, korrosionsbeständigem Stahl, Blei od. dgl. Es können auch Elektroden verwendet werden, die mit einem dieser
Werkstoffe beschichtet sind. Durch das Stellglied 4 ist es jedoch möglich, die Anode aus einem elektrolytisch lösbaren
Metall, z. B. Aluminium oder Eisen, herzustellen, wenn dieses Metall ein als Schmutzstoffabsorptions- und Schadstoff
entfernungsmittel wirkendes Hydroxid erzeugen soll.
In einem solchen Fall ist eine Einheit vorgesehen, die auf ein eine Änderung der Spaltweite, z. B. des Spaltwiderstands,
bedeutendes Signal anspricht und die bewegbare Elektrode 3 zum Ausgleich der Änderung vorschiebt, wodurch die Spaltweite
während einer Behandlung auf einem Sollwert gehalten wird. Die Weite des Reaktionsspalts G wird vorteilhafterweise
innerhalb des vorher genannten Bereichs aufrechterhalten. Dies dient einerseits einer Minimierung des elektrischen
Energieverlusts, wodurch die Zufuhr eines Hochamperestroms mit niedriger Spannung gewährleistet ist; andererseits
kann die Flussigkeits-Gas-Strömung dadurch mit größerer
Geschwindigkeit zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Elektroden 2 und 3 durchströmen. Diese beschleunigte
Flüssigkeitsströmung bewirkt, daß sich an den Elektrodenflächen keine elektrochemischen Reaktionsprodukte ansammeln
und haften bleiben. Dadurch werden die Elektroden in optimalem Zustand gehalten und sorgen für ununterbrochene elektrochemische
Reaktionen mit hoher Stromdichte.
Außer einer guten Leitfähigkeit muß der Elektrolyt einen Bestandteil enthalten, der die jeweils interessierenden
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Gasbestandteile adsorbiert und somit mit diesen reagiert. Die Flüssigkeit sollte daher normalerweise ein Leitfähigkeitselement
(Elektrolyt), Wasser, das elektrochemisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerfällt, die mit Gasbestandteilen
reagieren, und einen Elektrolyten enthalten, der für oxidierte oder reduzierte Gasbestandteile oder beide Arten
hochadsorptiv ist; im Bedarfsfall kann die Flüssigkeit auch ölpartikel, die mit Oberflächenladungen adsorptiv und
zum Teilen des elektrischen Feldes verwendbar sind, und/ oder Partikel von Aktivkohle, aktivierter Bleicherde und
Ionenaustauscherharz entweder jeweils für sich oder gemeinsam enthalten; diese Partikel sind selektive Adsorbentien
für verschiedene Schmutzstoffe.
Eine bestimmte Zusammensetzung der dem Gefäß 1 zuzuführenden Behandlungsflüssigkeit wird also unter Berücksichtigung bestimmter
Schadstoffe des Gases, das an der Gaszumischeinheit 10 mit der Flüssigkeit vermischt wird, bestimmt. Das optimale
Mischungsverhältnis (Volumen) des Flüssigkeits-Gas-Gemischs
wird bei einem Druck von 1 kp/cm in einem Bereich von 1:1 bis 1:1000 durch Betätigen eines Stellventils (nicht
gezeigt) an der Gaseinlaßöffnung 10a oder durch Regeln des Elektrolytförderdrucks der Pumpe 8 gewählt. Das Schadstoffe
enthaltende Gas wird im Elektrolytstrom in Form kleinster gleichmäßig darin verteilter Bläschen mitgerissen und auch
teilweise aufgelöst, und der Flüssigkeits-Gas-Strom strömt mit hoher Geschwindigkeit, z. B. 1-10 m/s, durch den Reak-
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tionsspalt G. Durch Zuführen eines elektrischen Stroms von der Stromversorgungseinheit 5 finden elektrochemische Reaktionen
mit hoher Energie an den Zwischenflächen zwischen der Flüssigkeit und den Gasbläschen in dem schnell den Reaktionsspalt G durchsetzenden Strom statt.
Wenn z. B. das Abgas Schwefeldioxid (SO») enthält, kann die Behandlungsflüssigkeit eine wäßrige Natriumhydroxidlösung
sein, die mit SOp unter Bildung von Natriumsulfit Na2SO,
reagiert, das wiederum zu Natriumsulfat Na2SO1. oxidiert
wird. Durch Vorsehen von Kalkschlamm Ca(OH)? im Vorratsbehälter
7 wird das Sulfat im Behälter in Form von Suspensionen von CaSO^ rückgewonnen, die leicht wieder von der
wäßrigen Natriumhydroxidlösung zu trennen sind, während diese in den Kreislauf rückgeführt wird.
Wenn das Abgas Stickoxide (NO) enthält, kann Stickstoffdioxid (NO2) leicht in Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumsulfit
(Na2SO,) gelöst werden. Obwohl Stickoxid nur schwach in
eine dieser Flüssigkeiten lösbar ist, erfährt es eine starke elektrochemische Oxidationsreaktion beim Durchströmen
des Reaktionsspalts G zu Stickstoffdioxid (N0_), das wiederum in der Flüssigkeit gelöst wird. Durch Zusatz von Chlorid in
der Flüssigkeit findet die elektrochemische Oxidationsreaktion
NO j· Cl » NO2 + Cl" statt, und das gebildete Stickstoffdioxid
wird in der Flüssigkeit gelöst. Diese beiden Reaktionen sind anodische Reaktionen. An der Kathode erfolgt die Reaktion
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-ΟΝΟ + H2 * NH.,. Das Chlor ion würde bei Entladung an der
Anode mit Natriumoxid (NaOH) zur Bildung von NaClO reagieren
und das Stickoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (N0_) unter Bildung von Natriumchlorid (NaCl) oxidieren. Das gelöste Stickstoffdioxid
(N0_) wird durch in der Flüssigkeit gelöstes Ammonium (NH7.) oder Wasserstoff (Hp) reduziert und dann als
Stickstoffgas abgezogen.
Außer diesen elektrochemischen finden auch Reaktionen statt, die durch die elektrischen Entladungen an den Gas-Flüssigkeits-Zwischenflächen
bedingt sind. Es wurde festgestellt, daß an einer solchen Zwischenfläche eine elektrische Entladung
stattfindet, wenn die Intensität des elektrischen Feldes Es den kritischen Wert Eso = 5(l/k)1/5.102 V/cm übersteigt,
wobei k die Leitfähigkeit des Bereichs angibt; daraus resultieren der Zerfall, die Oxidation und die Reduktion von
Gasbestandteilen wie folgt: NOx » N2 + O3; H3O >
OH,
H3O2, H2O+ ...; NO + OH, H3O2, H3O+ ... NO3 + ... . Infolgedessen
werden synergetische Wirkungen einerseits durch elektrochemische Vorgänge und andererseits durch elektrische Entladungen
erhalten.
Viele andere Arten von schädlichen Bestandteilen können ähnlich behandelt werden. Z. B. werden Abgase, die Schwefelwasserstoff,
Mercaptan, Arsenidwasserstoff, Amine, Ammonium, öldämpfe
und ähnliche geruehsbelästigende Schmutsstoffe enthalten, dadurch von Geruch befreit, daß als Elektrolyt eine
wäßrige Lösung von Natriumhydroxid, Natriumsulfit, Kupfer(I)-
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Sulfid, Kupfer(II)-Sulfid, Chlorwasserstoff, Kupfer(I)-ChIorid,
Kupfer(II)-Chlorid, Eisen(II)-Chlorid und Eisen(III)-Chlorid einzeln oder in geeigneter Kombination verwendet
wird.
Der Vorratsbehälter 7 hat eine dichte Abdeckung 7a zur Aufnahme des aus der Flüssigkeit entweichenden, von Schadstoffen
befreiten Gases. Ferner hat der Behälter eine Auslaßleitung 7b zum Ablassen des Gases in die Atmosphäre. In
der Auslaßleitung 7b ist im Bedarfsfall eine Sekundär-Behandlungseinheit 7c, z. B. ein Feuchtigkeitsabscheider, angeordnet.
Ferner hat der Behälter 7 einen Einlaß 7d für die Behandlungsflüssigkeit.
Die Behändlungsflüssigkeit ist durch Rückführung durch die
Zu- und Ableitungen 9 und 6, die das Behandlungsgefäß 1 und den Vorratsbehälter 7 in einem geschlossenen Kreislauf verbinden,
wiederverwendbar. Diese Wiederverwendung kann allerdings eine Verschlechterung der Flüssigkeitszusammensetzung
zur Folge haben. Die Wirksamkeit der Behandlungsflüssigkeit ist zwar durch von Zeit zu Zeit erfolgendes Zusetzen frischer
Flüssigkeit wiederherstellbar; es wurde jedoch festgestellt, daß diese Erneuerung elektrochemisch im Vorratsbehälter
7 durchführbar ist, wie noch erläutert wird.
Gemäß Fig. 2, in der Fig. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, sind im Vorratsbehälter 7 zwei
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einander gegenüberliegende Elektroden 11 und 12 zum Einschalten einer Stromversorgung 13 angeordnet, die im wesentlichen
eine so gepolte Gleichstromversorgung ist, daß die eine Elektrode 11 als Anode und die andere Elektrode-12 als Kathode
wirkt. Diese Elektrodenanordnung liefert durch elektrolytische Auflösung des Anodenmaterials einen bestimmten Elektrolyten,
der als aktiver Bestandteil der Behandlungsflüssigkeit erforderlich ist; dadurch wird die Konzentration dieses Bestandteils
entweder auf einen Sollwert erneuert oder aufrechterhalten.
Gemäß Fig. 2 ist eine der Elektroden 22 rohrförmig und nicht
scheibenförmig wie in Fig. 1 und so angeordnet, daß sie die Gegenelektrode 23 umgibt, die säulenartig ausgebildet ist und
eine als Fluideinlaß (für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch) dienende mittige Bohrung 23a (entsprechend derjenigen in Fig. 1)
sowie mehrere radiale öffnungen 23b aufweist, die mit der Mittenbohrung in Verbindung stehen. Zwischen der inneren
Zylinderfläche der ersten Elektrode 22 und der äußeren Zylinderfläche der zweiten Elektrode 23 ist ein Reaktionsspalt
G gebildet. Das gereinigte Gas wird von der Flüssigkeit im Gefäß 1 geschieden und durch einen Auslaß la zur Atmosphäre abgezogen.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
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Beispiel I
Mit einer im wesentlichen Fig. 2 entsprechenden Vorrichtung
wurde ein 0,06 % Schwefelwasserstoff und 0,02 % Ammonium enthaltendes Abgas mit einer wäßrigen Kupfer(I)-Lösung behandelt.
Das Gas wurde durch die Einlaßöffnung 10a mit einem Durchsatz von 1000 l/min eingeführt und mit der aus der Düse
10c austretenden Flüssigkeit vermischt; das Gemisch wurde mit einem Durchsatz von 2000 l/min durch den Spalt G geführt,
dem ein elektrischer Strom von 200 A mit einer Spannung von 15 V zugeführt wurde. Die aus dem Auslaß la abgegebene Luft
war geruchsfrei.
Nach drei Wochen Dauerbetrieb wurde eine Verminderung der
Aktivität der Flüssigkeit beobachtet, und ein Gleichstrom von 100 A mit einer Spannung von b V wurde von der Stromversorgung
13 zwischen die Elektroden 11 und 12, die aus Kupfer bestanden, geleitet. Nach 2 h war die ursprüngliche Aktivität
der Behandlungsflüssigkeit wiederhergestellt.
Mit einer im wesentlichen Fig. 1 entsprechenden Vorrichtung wurde ein 55 ppm Schwefeldioxid und 15 ppm Kohlenmonoxid enthaltendes
Abgas mit einer 5 #igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung behandelt. Das Gas wurde mit der Flüssigkeit in einem
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Volumenverhältnis von 20:1, berechnet bei einem Druck von
ρ
1 kp/cm , vermischt, und das Gemisch wurde mit einem Druck ■
1 kp/cm , vermischt, und das Gemisch wurde mit einem Druck ■
von 5»2 kp/cm durch den Spalt G geschickt, dem ein Strom
von 250 A mit einer Spannung von l6 V zugeführt wurde. Das aus der Behandlungsflüssigkeit austretende und in dem geschlossenen
Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Vorratsbehälter 7 gesammelte Gas enthielt nur 1,6 ppm Schwefeldioxid
und 0,2 ppm Kohlenmonoxid*
Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß es nicht
unbedingt erforderlich ist, den Vorratsbehälter 7 getrennt
vom Behandlungsgefäß 1 vorzusehen, und die im Behandlungsgefäß 1 angesammelte Flüssigkeit kann von der Pumpe 8 direkt
angesaugt und in den Reaktionsspalt G geführt werden, ohne
daß sie in einen gesonderten Behälter rückgeführt wird; dadurch wird die ganze Vorrichtung räumlich gedrängter.
Aus den vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, daß die Erfindung die folgenden bedeutenden Vorteile bietet:
1) Durch Anwendung elektrochemischer Vorgänge in einem elektrischen Feld mit hoher Dichte werden Reaktionsgeschwindigkeiten
erzielt, die wesentlich höher sind als bei bekannten chemischen Verfahren; infolgedessen hat die verwendete
Vorrichtung einen geringeren Raumbedarf und ist kostengünstiger zu installieren.
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2) Ein großes Volumen der Behandlungsflüssigkeit ist nicht mehr erforderlich, wodurch das Verfahren wirtschaftlicher
als bisher ist.
3) Durch Verwendung eines Flüssigkeits-Gas-Gemischs mit sehr
niedrigem Volumenverhältnis ergibt sich eine weitere Raumeinsparung.
4) Die Reaktionsflüssigkeitsprodukte sind einfache Verbindungen, die leicht rückzugewinnen sind.
5) Das Verfahren ist in einem geschlossenen System anwendbar, wobei die Gefahr von Sekundärverschmutzungen verringert
ist.
Ferner sieht die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten oder Abtragen vor, bei der die
beim Bearbeiten in üblichen Vorrichtungen auftretende Verschmutzung beseitigt ist und sich Einsparungen in bezug auf
die benötigte Menge Elektrolytlösung ergeben.
Bei üblichen elektrochemischen Bearbeitungsverfahren ist die Bearbeitungsflüssigkeit eine wäßrige Elektrolytlösung,
z. B. von Natriumchlorid, Natriumnitrat, Kaliumnitrat und Natriumchlorat, Infolgedessen werden große Mengen von gesundheitsschädlichen
Cl2- und ΝΗ,-Gasen am Bearbeitungsspalt
erzeugt und verschmutzen die Umgebung des Arbeitsplatzes. Außerdem verschlechtert sich die Abtragswirksamkeit des
Elektrolyten infolge der Extraktion dieser Bestandteile, so daß die Elektrolytlösung von Zeit zu Zeit ergänzt werden muß.
Ferner konnten bisher die auftretenden Verschmutzungsprobleme
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nur dadurch gelöst werden, daß ein Abgasreiniger vorgesehen wurde, was weitere Kosten verursachte. Diese Nachteile werden
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überwunden.
Pig. 3 zeigt die erfindungsgemäß verbesserte elektrochemische Bearbeitungsvorrichtung mit einer in bezug auf die Umgebung
dicht verschlossenen Arbeitskammer 31· Die Kammer 31 enthält
ein Werkstück 32, das auf einem Tisch 32a ortsfest gesichert ist, und eine bewegbare Werkzeugelektrode 32, die dem
Werkstück 32 in üblicher Weise an einem schmalen Bearbeitungsspalt G mit Abstand gegenüberliegt. Ein Elektrodenvorschub 34
schiebt die Werkzeugelektrode 33 während des Abtragens der Werkstückelektrode 32 vor, um die Weite des Bearbeitungsspalts G im wesentlichen konstant zu halten. Eine übliche
Stromversorgung 35 ist an das Werkstück 32 und die Werkzeugelektrode
33 angeschlossen. Die aus dem Bearbeitungsspalt gespülte
Bearbeitungsflüssigkeit (Elektrolyt) wird am Boden der
Arbeitskammer 31 gesammelt und durch eine Auslaßleitung 36
zu einem Vorratsbehälter 37 abgezogen. Der im Vorratsbehälter 37 befindliche Elektrolyt wird von einer Pumpe 38 angesaugt
und durch eine Zuleitung 39 zum Bearbeitungsspalt G gefördert; die Zuleitung 39 hat eine Gaszumischeinheit 10, die bereits
erläutert wurde. Die Gaseinlaßöffnung 10a steht mit der Arbeitskammer 31 über einen Verdichter 40, der die bei
der elektrochemischen Abtragung erzeugten Gase aus der Arbeitskammer 31 abzieht, und eine elektrische Entladeeinheit
4l, die zwei Elektroden 4la und 4Ib hat, in Verbindung. Die
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Entladeeinheit Hl kann in Abhängigkeit von den Bestandteilen
des bei der Bearbeitung erzeugten Gases vorgesehen sein und bewirkt durch eine elektrische Glimmentladung Oxidations-,
Reduktions- und/oder Zerfallreaktionen des Abgases. Die Gaszumischeinheit 10 ist im vorliegenden Fall ein Verdichter,
sie kann jedoch auch ein Sauggebläse sein. Die Entladeeinheit 4l ist in der Zeichnung dem Verdichter MO nachgeschaltet,
sie kann ihm jedoch auch vorgeschaltet sein.
Der Elektrolyt mit den von ihm mitgerissenen Gasblasen, die ihm in der Gaszumischeinheit 10 zugemischt werden, strömt
durch eine in der Werkstückelektrode 33 ausgebildete Bohrung 33a mit hoher Geschwindigkeit in den Bearbeitungsspalt G;
das Gas erleichtert einerseits die elektrochemische Bearbeitung des Werkstücks 32 und verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit
und Oberflächengüte und erhöht andererseits die Reaktionsfähigkeit des Elektrolyten, wie noch erläutert
wird. Nach Durchströmen des Bearbeitungsspalts G wird die flüssige Phase in der Arbeitskammer 31 von der Gasphase getrennt.
Das Gas wird vom Verdichter 40 durch die Leitung 42 zur Gaszumischeinheit 10 abgezogen, während die Flüssigkeit
zum Vorratsbehälter 37 rückgeführt, von der Pumpe 38 angesaugt und zum Bearbeitungsspalt G gefördert wird, wobei sie
an der Gaszumischeinheit 10 mit dem aus der Arbeitskammer 31 abgezogenen Abgas vermischt wird.
Es wird jetzt das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf übliche elektrochemische Bearbeitungsvorgänge erläutert,
wobei der Elektrolyt eine wäßrige Nitratlösung, z.
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B. Natriumnitrat (NaNO,) oder Kaliumnitrat (KNO,), ist. Während
des Abtragens tritt ein allmähliches Sinken der Abtragungswirksamkeit des Elektrolyten in Form eines elektrolytischen
Zerfalls des gelösten Nitrats in Ammonium (NH,) und andere gasförmige Produkte, u. a. N , 0 und H?0, ein, die
vom Bearbeitungsspalt G ausgehen. Dabei werden die in der Arbeitskammer 31 gesammelten Gase an der Entladeeinheit 1H
vorbei abgezogen, wo sie einer Glimmentladung ausgesetzt werden. Im Glimmentladungsbereich können Ammonium (NH,) und
Stickstoff (Np) in Gegenwart von 0„ und HO oxidieren und
Stickoxide NOx bilden. Zum Beschleunigen dieser Umsetzungsvorgänge können die Entladeelektroden aus Katalysatormetall,,
z. B. Platin oder Eisen, bestehen. Die rückgebildeten Gase werden in die Plenumkammer 10b in der Einheit 10 eingepreßt
und mit dem aus der Düse 10c austretenden Elektrolytstrom vermischt zur Bildung der homogenen Flüssigkeits-Gas-Gemischströmung,
die durch die Leitung 39 in den Bearbeitungsspalt G gefördert wird. Von diesen Gasen sind Stickstoffdioxid (N0_),
Stickstofftrioxid (NO,), Wasserstoff (H_), Sauerstoff (0) und Wasserdampf naturgemäß leicht im Elektrolyten lösbar oder adsorbierbar
(wie im Fall von Natriumhydroxid (NaOH)), während Verbindungen wie Sticko.xid (NO) nicht leicht lösbar sind und
in Form von in der Flüssigkeit verteilten Bläschen existieren würden. Im Bearbeitungsspalt G erfolgt eine starke Oxidationsreaktion,
durch die Stickoxid (NO) zu Stickstoffdioxid rückgebildet wird, das im Elektrolyten absorbiert wird. Durch
Zusetzen von Chlorid zum Elektrolyten könnte Stickoxid außerdem mit Chlor zur Bildung von Stickstoffdioxid und Chlorionen
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reagieren, wobei letztere an der Anode entladen würden zur Bildung von neutralem Chlor, das mit Natriumhydroxid unter
Bildung von Natriumhypochlorit, einem weiteren Reaktionsmittel von Stickoxid zur Bildung von Stickstoffdioxid, reagiert,
Auf diese Weise könnte Stickoxid vollständig absorbiert werden, und durch diese Absorption bliebe die Abtragungswirksamkeit
des abgezogenen Elektrolyten erhalten.
Z. B. benötigt eine bisher verwendete elektrochemische Bearbeitungsvorrichtung
zum Abtragen eisenhaltiger Werkstücke mit einem Bearbeitungsstrom von 3000 A und einer wäßrigen
Natriumnitratlösung monatlich eine Nachfüllmenge von 20 1 40 Gew.-^iger Wasserstoffnitratlösung. Bei Verwendung des
geschlossenen Systems gemäß der Erfindung ist ein solches Nachfüllen nicht erforderlich.
Es ist zu beachten, daß sich durch die Verwendung eines mit Gas vermischten Elektrolyten ein weiterer Vorteil hinsichtlich
der Abtragsleistung ergibt, da durch Beseitigung des Hohlraum- oder Kavitationseffekts im Bearbeitungsspalt eine
hohe Oberflächengüte und Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks erzielbar sind. Komprimierte Gasbläschen expandieren
und ändern ihr Volumen entsprechend der örtlichen Flüssigkeitsdruckverteilung im Bearbeitungsspalt und verhindern dadurch
Hohlraumbildungen, die unregelmäßig bearbeitete Oberflächen zur Folge hätten.
Die Erfindung gibt also ein Verfahren und eine Vorrichtung an, wodurch Abgase zuverlässig und wirksam zu behandeln sind;
ferner gibt die Erfindung eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten an.
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zum Behandeln eines schädliche Bestandteile enthaltenden Abgases,dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas unter Druck feinverteilt einem Elektrolytflüssigkeitsstrom zugemischt und dieses Abgas-Elektrolyt-Gemisch schnell durch einen von zwei Elektroden gebildeten schmalen Spalt geführt wird, in dem eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Gas und der Elektrolytflüssigkeit stattfindet und dadurch das Gas gereinigt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die eine Elektrode ortsfest und die andere beweglich ist,
gekennzeichnet durch Positionieren der beweglichen Elektrode in einem Abstand von 0,001-0,1 mm von der ortsfesten Elektrode.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode eine Werkzeugelektrode in einer elektrochemischen Bearbeitungseinrichtung, die andere Elektrode eine von der Werkzeugelektrode zu bearbeitende Werkstückelektrode, der Elektrolyt eine elektrochemische Bearbeitungsflüssigkeit und der elektrische Strom ein elektrochemischer Bearbeitungsstrom ist.k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas ein Produkt eines elektrochemischen Bearbeitungsvor-509834/0 6 95gangs ist.5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vor dem Einleiten in den Elektrolytflüssigkeitsstrom einer elektrischen Entladung ausgesetzt wird.6. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Abziehen des schadstofffreien Gases zur Atmosphäre und Sammeln der vom Gas getrennten Flüssigkeit.7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Flüssigkeit in einem Vorratsbehälter gesammelt wird, gekennzeichnet durch Aktivieren der Flüssigkeit durch Leiten eines elektrischen Stroms zwischen zwei in den Vorratsbehälter eingetauchte Elektroden, wobei von mindestens einer der Elektroden elektrolytisch ein Material zum Erneuern des Elektrolytbestandteils der Flüssigkeit gelöst wird.8. Vorrichtung zum Behandeln eines einen schädlichen Bestandteil enthaltenden Abgases,dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behandlungsgefäß (1) zwei Elektroden (2, 3; 22, 23) in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und daß eine Einheit (10) zum Einleiten des Abgases in den von einer Pumpe (ö) geförderten Elektrolytstrom vor seinem Eintritt in den schmalen Spalt (G) zwischen den an eine Stromquelle (5) angeschlossenen Elektroden vorgesehen ist.9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch5 0 9 8 3 4/0695ein Stellglied (4) zum Positionieren der einen beweglichen Elektrode (3; 23) in einem Abstand von 0,001-0,1 mm von der ortsfesten Elektrode (2; 22).10. Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine Leitung (7b) zum Ableiten des schadstofffreien Gases zur Atmosphäre.11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Leitung (9) zum Rückführen der vom schadstofffreien Gas getrennten Elektrolytflüssigkeit.12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (7) zum Sammeln der aus dem Spalt (G) gespülten und vom schadstofffreien Gas getrennten Elektrolytflüssigkeit, und durch im Vorratsbehälter (7) in Kontakt mit der Elektrolytflüssigkeit angeordnete Elektroden (11, 12), die zum elektrolytischen Auflösen eines einen Elektrolytbestandteil der Flüssigkeit bildenden Materials erregbar sind.13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Leitungen (9, 3a, 6; 9, 23a3 6), die den Vorratsbehälter (7), die Gaszumischeinheit (10) und das Behandlungsgefäß (1) in einem geschlossenen System in Reihe miteinander verbinden,lh, Vorrichtung nach Anspruch 9* wobei die Elektroden eine Werkzeugelektrode und eine von dieser zu bearbeitende Werk-50983 4/0695Stückelektrode in einer elektrochemischen Bearbeitungsvorrichtung sind, die Elektrolytflüssigkeit eine elektrochemische Bearbeitungsflüssigkeit und das Abgas ein bei der Bearbeitung gebildetes Gasprodukt ist,
gekennzeichnet durch
einen Vorratsbehälter (37) für die Elektrolytflüssigkeit,
eine erste Leitung (39)> die den Vorratsbehälter (37),
die Gaszumischeinheit (10) und das Behandlungsgefäß (3D
in Reihe miteinander verbindet, undeine zweite Leitung (42), die das Behandlungsgefäß (31) niit der Gaszumischeinheit (10) verbindet zum Abziehen des Gases aus dem Behändlungsgefaß (3D und Einleiten in die durch
die erste Leitung (39) strömende Elektrolytflüssigkeit.15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine in der zweiten Leitung (42) angeordnete Entladeeinheit (4l), in der das Gas aus dem Behandlungsgefäß (3D einer elektrischen Entladung ausgesetzt wird.5 0 9 8 3 /> / C 6 9 5
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