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VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR REINIGUNG UND KUEHLUNG VON
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AUS VERBRENNUNGS-, HEIZUNGS- ODER CHEMISCHEN PROZESSEN ANFALLENDEN
ABGASEN Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung und Kühlung
von aus Verbrennungs-, Heizungs- oder chemischen Prozessen anfallenden Abgasen,
bei welchem die Abgase gegebenenfalls zunächst durch einen Wärmeaustauscher und
durch eine Waschflüssigkeit geleitet werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Bei der Verbrennung fossiler oder nachwachsender Brennstoffe, wie
z.B. Kohle, Oel, Erdgas, Holz etc., zum Zweck der Heizung und/oder der Erzeugung
mechanischer Energie, werden im allgemeinen erhebliche Mengen an Abwärme einerseits
und an umweltschädlichen Stoffen andererseits im Abgas freigesetzt. Es sind daher
vermehrt Bestrebungen im Gange, einesteils diese sonst nutzlose Abwärme zurückzugewinnen
und andernteils den Gehalt der Schadstoffe in den Abgasen zu verringern.
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Zur Nutzbarmachung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie werden
seit einigen Jahren sogenannte "Brennwertgeräte"
entwickelt und
zum Teil bereits eingesetzt. Diese Geräte kühlen die ansonsten mit 1200C abgegebenen
Abgase bis unter den Wasser-Taupunkt ab und ermöglichen somit die Rückgewinnung
von fühlbarer und. latenter Wärme.
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Beim Einsatz solcher Brennwertgeräte ist es nachteilig, dass sie meist
keine oder bestenfalls nur eine geringfügige Reinigung der Abgase zulassen. Die
Reinigung, wenn überhaupt; betrifft in der Regel nur kleinere Anteile der Schwefeloxide
(SO2 und SO3), der organischen Bestandteile (CXHy), der Aldehyde und des Russes
(C); eine spürbare Reduktion des Gehaltes an Stickstoffoxiden im Abgas findet meist
nicht statt. Ein weiterer Nachteil dieser Geräte ist darin zu erblicken, dass Abgase
mit höherem Gehalt an Russ und unverbrannten Kohlenwasserstoffen in kurzer Zeit
zu Funktionsstörungen (Verstopfen, Verkrusten usw.), im Extremfall sogar bis zum
Ausfall der Geräte führen. Solche Abgase können daher nicht mittels bekannter Brennwertgeräte
behandelt werden.
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Verfahren, die ausschliesslich zur Reinigung von Abgasen, d.h. zur
Entfernung von umweltschädlichen Stoffen aus den Abgasen dienen, sind ebenfalls
in grosser Anzahl bekannt und vielfach eingesetzt worden. Diese bekannten Verfahren
können eingeteilt werden in
Satalytische Verfahren, eventuell gekoppelt
mit einer Lambdasonde; die Vorteile dieser Verfahren sind die Einsatzmöglichkeit
bei relativ kleinen Gasmengen und der hohe Wirkungsgrad. Die Nachteile solcher Verfahren
sind der hohe Preis der dafür benötigten Vorrichtungen, die relativ kurze Lebensdauer
derselben und das begrenzte Einsatzgebiet, da im Abgas keine katalysatorschädlichen
Inhaltsstoffe vorhanden sein dürfen und da bei einer NO -Reduktion kein Sauerstoffüberschuss
vorhanden sein darf.
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Chemische Reinigungsverfahren, sei es bei vergleichsweise hoher Temperatur
(sog. trockene Verfahren) oder bei vergleichsweise niedriger Temperatur (sog. nasse
Verfahren). Die Vorteile dieser chemischen Reinigungsverfahren sind der breite Anwendungsbereich
und der relativ günstige Wirkungsgrad; die Nachteile sind aber in hohem technischen
Aufwand (verbunden mit allfälliger Störanfälligkeit) sowie in der Notwendigkeit
der Chemikalienversorgung und -entsorgung zu sehen. Demzufolge beschränkt sich die
Anwendung solcher Verfahren aus wirtschaftlichen Gründen auf Gegebenheiten, wo grosse
Abgasmengen vorliegen.
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Aus den vorstehenden Ueberlegungen lässt sich entnehmen, dass bei
der Brennwertnutzung insbesondere von kleineren Mengen mässig bis stark verschmutzter
Abgase hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer der Vorrichtung bisher keine
befriedigenden Lösungen existieren. Analoge Gesichtspunkte gelten für die Reinigung
von mässig bis stark verschmutzten Abgasen, eventuell verbunden mit Taupunkt-Unterschreitung,
namentlich auch bei der Behandlung von Abgasen mit einem ähnlichen Schadstoffkomponenten-Gehalt
wie bei Verbrennungsabgasen aus beispielsweise chemischen Anlagen. Die hierfür bekannten
Verfahren eignen sich aufgrund ihrer Aufwendigkeit fast ausschliesslich zur Reinigung
und Kühlung grösserer Gasdurchsätze.
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In der DE-AS 1 227 284 ist ein Abgasreiniger mit einer teilweisen
wassergefüllten Arbeitskammer beschrieben. Das zu reinigende Abgas wird in diese
Waschflüssigkeit eingegeben und es wird eine intensive Vermischung von Gas und Wasser
angestrebt, so dass das Gas adiabatisch gesättigt wird. Das Wasser wird dabei erwärmt,
so dass ein guter Teil der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie zurückgewonnen
werden kann. Weiter sind Vorkehrungen getroffen, dass im Wasser der Arbeitskammer
stets eine Strömung herrscht, wobei ein verhältnismässig kleiner Ueberdruck in der
Auspuffleitung gegenüber der äusseren Atmosphäre genügt,
um eine
hinreichende Strömung der Waschflüssigkeit herbeizuführen. Eine im erwünschten Ausmass
wirksame Reinigung des Abgases scheint mit dieser Vorrichtung jedoch nicht erreicht
werden zu können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung
und Kühlung von Abgasen zu schaffen, bei welchem die Abgase mit einer Waschflüssigkeit
in Kontakt gebracht werden, mit dem Ziel, nicht nur eine Wärmerückgewinnung mit
hohem Wirkungsgrad zu erreichen, sondern zugleich auch eine wirksame Reinigung des
Abgases zu verwirklichen. Dies soll unter Ausschluss bewegter Teile, ohne wesentliche,
zusätzliche Energiezufuhr und möglichst störungsfrei im Dauerbetrieb erfolgen. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein
solches Verfahren problemlos und wirkungsvoll durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren
durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale aus. Weiterbildungen
und besondere Ausführungsarten des Verfahrens sind in den vom Anspruch 1 abhängigen
Ansprüchen 2 bis 14 definiert. Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung
zeichnet sich durch die im Kennzeichen des Anspruchs 15 angegebenen
Merkmale
aus, wobei Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung in den
vom Anspruch 15 abhängigen Ansprüchen 16 bis 29 definiert sind.
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Mit dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist es möglich,
stark durch chemische (gas- oder dampfförmige) Substanzen, wie z.B. SOx, NOX, CXHy,
Aldehyde, Ketone etc. sowie durch Partikel, wie z.B. C (Russ) oder Schwermetalloxide
etc. verunreinigte Abgase zu reinigen.
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Die Reinigungswirkungsgrade liegen dabei zwischen 20 und 95%. Gleichzeitig
kann im Abgas enthaltene Wärme bis auf ein Temperaturniveau von, je nach Abgas,
0°C bis ca. 50°C rückgewonnen werden. Voraussetzung für den Ablauf des erfindungsgemässen
Verfahrens ist lediglich ein abgasseitiger Ueberdruck in der Grössenordnung von
höchstens 0,05 bar (gleich 50 cm WS). Demzufolge kann das erfindungsgemässe Verfahren
vorzugsweise dort eingesetzt werden, wo der erforderliche Betriebsdruck in der genannten
Höhe ohnehin vorhanden ist, z.B. bei der Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens
näher erläutert. Es wird dabei bezug genommen auf eine Reihe von Vorrichtungen zur
Durchführung des Verfahrens, die ähnlich aufgebaut sind und verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten
repräsentieren. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 Einen schematischen
Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung
für Dieselmotoren, Fig. 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine ähnliche
Vorrichtung mit vorgeschalteten Wärmetauscher, Fig. 3 einen schematischen Vertikalschnitt
durch eine Heizvorrichtung mit nachgeschalteter Reinigungsvorrichtung, und Fig.
4 eine Variante zur in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst einen Behälter
1, der im Beispielsfall zylindrische, aufrechte Gestalt besitzt und einen Kopfbereich
2, einen oberen Mittelbereich 3 und einen unteren Bereich 4 aufweist. Der untere
Bereich 4 dient als Sumpf für die Waschflüssigkeit 5 und ist mit einem Kühlmantel
6 versehen; durch einen Einlass 7 strömt Kühlflüssigkeit ein, durchströmt den Mantel
6
schraubenförmig und verlässt den Kühlmantel 6 durch einen Auslass 8. Das obere Niveau
der im Sumpf vorhandenen Waschflüssigkeit 5 ist mit 9 bezeichnet. Schliesslich ist
im unteren Bereich 4 eine Waschflüssigkeits-Austrittsöffnung 10 vorgesehen.
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Der obere Mittelbereich 3 des Behälters 1 nimmt eine Füllkörperkolonne
11 auf, die in Querschnitt kreisringförmig ausgebildet ist, so dass in deren Mitte
ein zentraler Abzugskanal 12 gebildet ist, der in noch zu erläuternder Weise als
Tropfenabscheider und als Beruhigungszone dient.
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Die obere Abdeckung des Kopfbereiches des Behälters ist durch eine
Abtropfplatte 13 gebildet, welche mit in das Innere des Behälters 1 gegen unten
vorstehenden Noppen 14 versehen ist. Ausserdem mündet in den Kopfbereich 2 des Behälters
1 ein Abgasaustrittsrohr 15 sowie eine Kondensatsammelrinne 16, die an eine gegen
aussen führende Leitung 17 angeschlossen ist.
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Im Innern des Behälters 1 ist eine Fördervorrichtung angeordnet, die
gleichzeitig als Mischvorrichtung für Waschflüssigkeit und Abgas dient. Im Beispielsfall
ist diese Fördervorrichtung durch eine Mehrzahl von Mammutpumpen 18 gebildet, welche
je einen Mischraum 19 und ein Steigrohr 20 aufweisen. Die Mischräume 19 befinden
sich im unteren
Bereich 4 des Behälters, d.h. im Sumpf desselben
unterhalb des Niveaus 9 der Waschflüssigkeit 5 eingetaucht. Die sich nach oben erstreckenden
Steigrohre 20 durchdringen die Füllkörperkolonne 11 und münden an deren oberem Ende
in den Kopfbereich 2 des Behälters 1.
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Die Mischräume 19 sind mit einer Verteilleitung 21 miteinander verbunden,
welche an ein Abgaseinlassrohr 22 angeschlossen ist. Letzteres führt zu einem Abgaseinlassstutzen
23.
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Die Füllkörperkolonne 11 ist unten durch einen oberhalb des Niveaus
9 der Waschflüssigkeit 5 angeordneten Siebbodens 24 abgeschlossen, der kegelstumpfmantelförmige
Gestalt besitzt.
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Ausserhalb des Behälters 1 ist eine Filtriervorrichtung 25 angeordnet,
in welche die Leitung 17 von der Kondensat sammelrinne 16 mündet. Wie noch zu beschreiben
sein wird, gelangt ein Teil des Kondensats in die Filtriervorrichtung 25. Diese
kann als Russfilter und Oelabscheider mit Siebkorbeinsatz 26 ausgebildet sein, wobei
zweckmässigerweise ein Ablasshahn 27 für das sich eventuell abscheidende Oel vorgesehen
ist. Ueber eine Auslassleitung 28 gelangt der filtrierte Teilstrom wieder in den
Sumpf des Behälters 1
zurück, indem die Auslassleitung 28 in das
Abgaseinlassrohr 22 mündet. Ausserdem umfasst die Filtriervorrichtung 25 noch eine
Einlassleitung 29, durch welche in noch zu erklärender Weise Neutralisationsmittel
bzw. alkalische Abwässer zugesetzt werden können.
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Das Abgas z.B. eines Dieselmotors gelangt über den Einlasstutzen 23
und das Einlassrohr 21 in den unteren Bereich 4 des Behälters 1. Unter Umständen
kann das Abgas noch vorgekühlt werden, bevor es in das Rohr 22 eintritt, sinnvollerweise
auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes vom H2SO4, um im Vorkühler eine Verkrustung,
Versottung und in der Folge eine Korrosion zu vermeiden. Das Abgas tritt in die
Verteilleitung 21 ein und wird dem Mischraum 19 zugeführt; hier vermischt es sich
mit im Sumpf des Behälters 1 vorhandenem Kondensat 5 und wird durch die Wirkung
der Mammutpumpen 18 in den Kopfbereich 2 des Behälters 1 gefördert. Die Mammutpumpen
18 sind so ausgelegt, dass sie mit sehr geringem gasseitigem Druckverlust das Gemisch
von Abgas und Waschflüssigkeit auf die vorgesehene Höhe fördern.
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In derjenigen Betriebsweise, wie Mammutpumpen beim erfindungsgemässen
Verfahren eingesetzt werden, wäre eigentlich eine vernünftige Wirkung nicht zu erwarten,
da der energetische
Wirkungsgrad nur relativ niedrig liegt. Beim
gewählten Betriebspunkt ist aber ein niedriger, gasseitiger Druckverlust gewährleistet
und es liegt ein hohes Volumenverhältnis von Gas (bei Normaldruck) zu geförderter
Flüssigkeitsmenge von ca. 10:1 bis 30:1 vor, wofür übliche Mammutpumpen nicht konzipiert
sind; im erfindungsgemässen Verfahren spielt dieser Gesichtspunkt jedoch keine Rolle.
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Im weiteren sind die Mammutpumpen so ausgelegt und dimensioniert,
dass sie mit wechselnden Abgasmengen (bis zu einem Faktor 4) problemlos betrieben
werden können. Dies entspricht dem üblichen Drehzahlbereich eines gebräuchlichen
Dieselmotors.
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Das Gemisch aus Abgas und Waschflüssigkeit wird also durch die Steigrohre
20 bis in den Kopfbereich 2 des Behälters 1 gefördert und trifft dort auf die Noppen
14 der Abtropfplatte 13 auf. Durch deren Wirkung wird eine gleichmässige Verteilung
des Flüssigkeit-Gasgemisches über den gesamten Querschnitt des Behälters 1 erreicht
und die mit Abgas beladene Flüssigkeit fliesst grösstenteils im Gleichstrom in der
Füllkörperkolonne 11 abwärts, d.h. in den Sumpf des Behälters 1 zurück, dies unter
Wirkung der Schwerkraft.
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Die Füllkörper in der Kolonne 11 sind vorzugsweise inerte Kunststoffkörper,
z.B. Raschigringe oder Sattelkörper, und bewirken durch ihr grosses Verhältnis von
Oberfläche zu
Schüttvolumen einen intensiven Kontakt zwischen Abgas
und Kondensat.
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Dieser Kontakt führt zu folgenden Reaktionen: - Feste Partikel, wie
z.B. Russ, werden von der feuchten Füllkörperoberfläche festgehalten, vom herabströmenden
Kondensat weggespült und somit aus dem Abgas entfernt.
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- Auf den Füllkörperoberflächen bildet sich eine katalytisch aktive,
dünne Schicht, im wesentlichen bestehend aus einer Russ-Oel-Wasser-Mischung, welche
die Oxidation (bei lambda > 1) einiger Abgasbestand-
und damit deren Absortion im Kondensat zulässt. Diese gasförmigen Bestandteile können
somit ebenfalls, je nach Substanzklasse und Verweilzeit mehr oder weniger, aus dem
Abgas entfernt werden.
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Mässig und schwerflüchtige, organische Substanzen, wie z.B. hochmolekulare
Kohlenwasserstoffe (darunter stark kanzerogene und zum Teil an Russ adsorbierte
Substanzen) gelangen als ölige Phase in das Kondensat.
- Teilweise
oxidierte, unter Umständen stark geruchsintensive, organische Dieselbestandteile,
wie z.B.
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Aldehyde, Ketone und Karbonsauren, werden im Kondensat gelöst.
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Die vorzugsweise 20 bis 60 Sekunden dauerende Verweilzeit des Abgases
in der Füllkörperkolonne 11 führt somit zur erwünschten Reinigung. Nach Passieren
der Füllkörperkolonne 11 werden im Raum unterhalb des Siebbodens 24 sowie im als
Beruhigungszone dienenden Abzugskanal 12 Abgas und Kondensat voneinander getrennt;
das gereinigte Abgas tritt über das Austrittsrohr 15, welches als sog. "nasser Kamin"
dient, aus der Vorrichtung aus, während das Kondensat durch den Siebboden 24 in
den Sumpf des Behälter 1 gelangt und erneut in den beschriebenen Kreislauf eintritt.
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Ein Teil der über die Mammutpumpen 18 umgewälzten Waschflüssigkeit
5 wird im Kopfbereich 2 des Behälters 1 mit den Sammelrinnen 14 aufgefangen, ohne
dass jedoch die Festkörperkolonne 11 trockenläuft. Der von den Sammelrinnen 14 aufgefangene
Teilstrom gelangt über die Leitung 17 in die Filtriervorrichtung 25, wird dort von
festen Partikeln und Oelbestandteilen befreit und gelangt über die Leitung 28 in
den Sumpf des Behälters 1 zurück. Dieser Teilstrom ist so dimensioniert, dass auch
bei langer Betriebsdauer
in keinem Teil des Behälters 1, der Kolonne
11 und des Waschflüssigkeit-Sumpfes Verstopfungen durch fest-ölige Massen auftreten
können. Die Filtriervorrichtung 25 ist ferner so ausgelegt, dass kein Abgas über
diese Vorrichtung in den Sumpf direkt gelangen kann, d.h.
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sie stellt gleichzeitig einen Siphon dar.
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Die Abführung der fühlbaren und latenten Wärme des Abgases (Kondensation
von Wasser) erfolgt im Sumpfbereich vorzugsweise über den an der Aussenwand des
Behälters 1 angebrachten Kühlmantel 6. Da das Kondensat, das den wesentlichen Bestandteil
der Waschflüssigkeit bildet, bis zu einer Temperatur von 35 - 400C gefahren werden
kann, besteht die Möglichkeit der Abwärmenutzung; die Reinigungswirkung der Vorrichtung
ist jedoch umso besser, je niedriger die Kondensattemperatur liegt.
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Bei einer Kondensattemperatur von 200C wird im Beispiel fall pro Liter
dem Motor zugeführtem Dieselöl aus dem Abgas durchschnittlich 1 Liter Kondensat
abgeschieden. Zum Ausgleich der Flüssigkeitsbilanz wird deshalb aus dem Sumpf des
Behälters 1 über den Siphon beim Auslass 10 die entsprechende Menge an Waschflüssigkeit
abgeführt.
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Eine Verbesserung des Reinigungswirkungsgrades kann durch
Zugabe
einer neutralen oder alkalischen Flüssigkeit, z.B.
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grobfiltriertes kommunales Abwasser, in die Waschflüssigkeit erreicht
werden. Die Zugabe erfolgt über die Filtriervorrichtung 25 mit Hilfe der Einlassleitung
29. Hierdurch wird nicht nur eine zusätzliche, mechanische Feinreinigung des zugegebenen
Abwassers gewährleistet, sondern auch die erforderliche gute Durchmischung mit dem
Flüssigkeitsvolumen im Sumpf des Behälters 1.
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Neben Abgas aus Dieselmotoren können mit dem erfindungsgemässen Verfahren
selbstverständlich auch andere Gase gereinigt und/oder, im Falle von Verbrennungsabgasen,
der obere Heizwert durch Unterschreitung des Wassertaupunktes genutzt werden.
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In den Fig. 2, 3 und 4 sind beispielshaft weitere Ausführungsmöglichkeiten
der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt; anhand dieser Figuren werden im
folgenden abgewandelte Ausübungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens
näher erläutert. Gleiche oder entsprechende Vorrichtungsteile sind dabei mit den
gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.
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Die in Fig. 2 schematisch gezeigte Vorrichtung eignet sich vor allem
für Abgase, die einen hohen Wärmeinhalt und nur
eine relativ geringe
Verschmutzung aufweisen. Die Vorrichtung weist wiederum einen länglichen, aufrechtstehenden,
z.B. zylindrischen Behälter 1 auf, der in einen Kopf bereich 2 mit einer Spritzzone
2', einen oberen Mittelbereich 3 und einen unteren Bereich 4 unterteilt ist. In
letzterem befindet sich der Sumpf mit der Waschflüssigkeit 5. Das obere Niveau der
im Sumpf vorhandenen Waschflüssigkeit ist mit 9 bezeichnet. Im unteren Bereich 4
ist ein Siphon 30 vorgesehen, über welchen überschüssige Waschflüssigkeit 5 durch
eine Abflussleitung 31 abfliesst.
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Der obere Mittelbereich 3 des Behälters 1 nimmt eine Fall köprerkolonne
11 auf, die im Querschnitt kreisringförmig ausgebildet ist. In ihrer Mitte verläuft
das Steigrohr 20 einer Mammutpumpe 18, deren Mischraum 19 in den Sumpf eingetaucht
ist. Die obere Abdeckung des Kopfbereiches 2 des Behälters ist durch eine Abtropfplatte
13 gebildet, die mit in das Innere des Behälters 1 gegen unten ragenden Noppen 14
versehen ist. Das Steigrohr 20 der Mammutpumpe 18 erstreckt sich in den Kopfbereich
2 des Behälters hinein. Ebenfalls im Kopfbereich 2 ist ein Kondensat sammler 16'angeordnet,
der einen Teil des von der Mammutpummpe geförderten Kondensates auffängt und durch
eine Leitung 17 über einen Siphon 32 abführt.
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Die Füllkörperkolonne 11 ist an ihrem unteren Ende durch einen Siebboden
24 abgeschlossen; dieser befindet sich etwas oberhalb des Niveaus 9 der Waschflüssigkeit
5. In den Raum zwischen Niveau 9 und Siebboden 24 mündet das Abgasaustrittsrohr
15.
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Ausserhalb des Behälters 1 ist ein Wärmetauscher 33 angeordnet, dem
über ein Abgaseinlassrohr 34 das heisse, zu reinigende Abgas zugeführt wird. In
bekannter Weise ist der Wärmetauscher 33 mit einem nur schematisch angedeuteten
Heizwasserkreislauf 35 ausgestattet. Vom unteren Ende des Wärmetauschers 33 mündet
eine Leitung 36 in den Sumpf des Behälters 1, um das vorgekühlte Abgas in den Mischraum
19 der Mammutpumpe 18 zu leiten. Der erwähnte Siphon 32 am Ende der Leitung 17 mündet
in den oberen Teil 37 des Wärmetauschers 33.
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Bei dieser Ausführung der Vorrichtung wird das heisse, verschmutzte
Abgas durch das Rohr 34 zunächst in den Wärmetauscher 33 geführt und gekühlt. Dieser
kann in Platten- oder Rohrbündelausführung hergestellt sein. Durch kontinuierliche
gasseitige Spülung des Wärmetauschers 33 wird sowohl ein sehr hoher Wärmeaustausch
erreicht als auch eine Verschmutzung bzw. Verkrustung der Gaskanäle zuverlässig
verhindert. Der Abgasstrom, der durch die Leitung
36 aus dem Wärmetauscher
33 austritt, betreibt anschliessend die Mammutpumpe 18 in einer Anordnung bzw. einem
Arbeitsbereich, der dem ersten Beispiel (Fig.l) entspricht, d.h. grosse Fördermenge
bei geringem Druckabfall.
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Das Gemisch aus Abgas und Waschflüssigkeit gelangt in den Kopfbereich
2 des Behälters 1 und durchströmt dann, wie vorher erläutert, die Kolonne 11 zum
Zweck der Reinigung des Abgases.
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Das gereinigte Abgas tritt durch das Rohr 15 aus, während das Kodensat
aus der Kolonne 11 heraus tropft und in den Sumpf gelangt. Der Pegel im Sumpf wird
über den Siphon 30 konstant gehalten.
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Ein Teilstrom des in den Kopfbereich 2 geförderten Kondensats (vorzugsweise
etwa 10-20% der Gesamtfördermenge) wird durch den Kondensatsammler 16' aufgefangen
und zur Spühlung des Wärmeaustauschers 33 abgezweigt. In die Kondensatleitung 17,
die in den Wäremaustauscher 33 führt, ist ebenfalls ein Siphon 32 eingebaut, um
während der beginnenden Abgas zufuhr das Eindringen von ungereinigtem Abgas in den
Kopfbereich 2 des Behälters 1 und damit ein Leerblasen der Kondensatleitung zu vermeiden.
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In den Beispielen gemäss Fig. 3 und 4 ist die Vorrichtung
ähnlich
aufgebaut, jedoch mit dem wesentlichen Unter-'1 schied, das9 der Behälter keine
Füllkörperkolonne enthält.
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Diese Vorricbtungsbeispiele sind daher zur Behandlung von nur gering
rerschmutztem Abgas geeignet.
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Die Mammutpuzpen 18 benötigen hier aufgrund der nur geringen erforderlichen
Förderhöhe, die der Bauhöhe des Behälters 1 mit Spülvorrichtung enspricht, lediglich
einen Druck von wenigen Zentimetern Wassersäule. Als Wert ist etwa einzusetzen:
Benötigter Abgasdruck (cm WS) 1 1 - - bis Bauhöhe des Behälters (cm) 3 5 Die Bauhöhe
des Behälters 1 orientiert sich dabei an der Bauhöhe des gespülten Wärmetauschers.
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Die Mammutpumpen 18 werden entweder mit Abgas gemäss Fig.
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3 oder mit Zuluft gemäss Fig. 4 betrieben. Im Beispiel gemäss Fig.
3 gelangt die Zuluft über ein Rohr 38 zu einem Gebläse 39, welches einen Brenner
mit integrierter Brennkammer 40 speist. Im übrigen ist die Vorrichtung gemäss Fig.
3 sehr ähnlich aufgebaut wie diejenige von Fig. 4, mit dem Unterschied, dass das
aus dem Steigrohr 20 austretende Gemisch von einer Prallplatte 41 aufgefangen und
das Kondensat durch einen Sammler 16" aufgefangen wird, um
durch
die Leitung 17 in den Wärmetauscher 33 zurückgeführt zu werden. Das gereinigte,
gekühlte Abgas entweicht dabei nach der Trennung von der Flüssigkeit im Raum 2'durch
den im Kopfbereich 2 des Behälters 1 angeordneten Abgasauslass 15'.
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Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen
gemdss Fig. 3 hauptsächlich dadurch, dass die Mammutpumpe 18 mit Zuluft über ein
Rohr 42 und ein Gebläse 43 gespiesen wird. Im Mischraum 19 der Mammutpumpe 18 wird
diese Zuluft mit einem Abgasteilstrom aus einer Zuleitung 44 und der Waschflüssigkeit
5 im Sumpf des Behälters 1 gemischt, und dieses Gemisch wird durch das Steigrohr
20 der Mammutpumpe 20 in den Kopfbereich 2 des Behälters 1 gefördert. Das Kondensat
gelangt in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben über die Leitung
17 in den Wärmetauscher 33; das gereinigte kalte Abgas hingegen wird über ein Rohr
35 abgezogen, welches unterhalb des Wärmetauschers 33 in diesen mündet.
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Beim Betrieb mit Zuluft gemäss Beispiel Fig. 4 wird der Brenner 40
keinem erhöhten Druck ausgesetzt; ferner können bei dieser Anordnung organische
Stoffe, die im Kondensat im Bereich des Wärmetauschers 33 absorbiert wurden, zumindest
teilweise im Bereich der Mammutpumpe 18 desorbiert
und über die
Zuluft wieder dem Brenner zugeführt werden.
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Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens, welches vorstehend
anhand der Vorrichtungsbeispiele gemäss Fig. 1 bis 4 erläutert wurde, sind wie folgt
zu sehen: - Einfache Konstruktion der Vorrichtung ohne bewegte Teile im gesamten
Reinigungs- und Kühlsystem; somit kann kein mechanischer Verschleiss auftreten.
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- Bei Einsatz korrosionsfester Materialien (wie z.B.
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Kunststoff, säurefester Edelstahl) keine wesentliche Abnutzung bzw.
Alterung (wie es z.B. bei Katalysatoren der Fall ist); somit sehr lange Lebensdauer
ohne Teilewechsel.
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- Keine schwer erhältlichen, teuren Materialien erforderllich; somit
preisgünstige Bauweise möglich.
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- Grosse durchströmte Querschnitte, keine Ventile; somit keine Verstopfungsgefahr.
Dies gilt, solange eine evtl. vorhandene Filtriervorrichtung (wie in Fig. 1) vorschriftsgemäss
gewartet wird.
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- Taupunktunterschreibung von H2SO4 bzw. H20 nur
im
gespülten Raum (Mammutpumpe oder Wärmetauscher); somit keine Verkrustungen und Verstopfungen
möglich.
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Reinigung des Abgases mit relativ gutem Wirkungsgrad mit dem eigenen
Kondensat möglich; somit bei dieser Betriebsweise keine Chemikalien- und Wasserzufuhr
erforderlich.
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Bei Zugabe von neutralen oder alkalischen Lösungen (wie z.B. kommunales
Abwasser) zur Verbesserung des Reinigungswirkungsgrades keine Schwierigkeiten, bei
der Mischung der Zugabe mit Kondensat und Einstellen einer weitgehend stationären,
vorgegebenen Zusammensetzung der Spüllösung (grosses Puffervolumen); somit vereinfachte
Chemikaliendosierung.
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Nur geringer Druckabfall im Gas erforderlich; somit ergibt sich keine
merkbare abgasseitige Belastung des abgasproduzierenden Motors (speziell der Auslassventile).
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Unterschreitung des Taupunktes von Wasser im Abgas; somit Nutzung
des oberen Brennwertes möglich.
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Der Wirkungsgrad der Reinigung soll am Beispiel der Reinigung
von
Dieselabgas mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung erläutert werden: Verminderungen
von: SO um 50-90% NO um 10-20% x C H um 30-85% xy Russ um 25-70% Phenole um 50-80%
Aldehyde um 65-99% PAH um 80% % Diese Reinigungswirkungsgrade können teilweise (insbesondere
bei NOx) durch Zudosierung alkalischer Lösungen x (auf einen Kondensat-pH-Wert von
5-7) erheblich verbessert werden.
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Reinigungswirkungsgrade ähnlicher Grössenordnung werden auch bei Abgasen
aus anderen Verbrennungsprozessen erreicht, sofern der für die Oxidation von SO2
und NOX erforderliche SauerstoffUberschuss vorliegt.