DE3731900A1 - Verfahren und vorrichtung zur beseitigung von nebel aus der atmosphaere - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von Nebel aus der Atmosphäre, insbesonde­ re im Bereich von Stadien, Flugplätzen oder Großbaustel­ len, wobei die feuchte Nebelluft in ein Reaktionsgefäß eingesaugt und mit einer entfeuchtenden Substanz in Kon­ takt gebracht wird.

Die DE-OS 29 06 833 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von in Luft enthaltenem Nebel. Dabei wird künstlich erzeugte Warmluft in die den Nebel enthaltende Luft abgegeben. Durch die Warmluft wird der umgebenden Luft Energie zugeführt, wodurch Wasserpartikel verdampfen und der Nebel sich auflöst. Durch Erhöhen der Lufttemperatur wird die relative Luftfeuchtigkeit ge­ senkt. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus Rohrleitungen mit Auslässen im Bodenbereich, aus denen die künstlich erzeugte Warmluft ausgeblasen wird. Diese Auslässe in Form von Warmluftdüsen sind in entsprechenden Abständen für einen bestimmten Raum ange­ ordnet, um sicherzustellen, daß der vorhandene Nebel effektiv aufgelöst werden kann.

Nachteilig bei einem derartigen Verfahren und einer der­ artigen Vorrichtung ist, daß ein großer Energieaufwand getrieben werden muß. Wenn dabei noch wie bei Flugfeldern wegen der Brandgefahr auf teure elektrische Energie zu­ rückgegriffen werden muß, werden die Kosten beträchtlich erhöht. Um Anlagen wie Flugfelder, Stadien und Großbau­ stellen von Nebel zu befreien, muß eine große Luftmenge erwärmt werden, was einen hohen Energiebedarf erfordert. Bei einer derartigen Vorrichtung handelt es sich um eine stationär installierte Anlage, bei der die Heizeinlage, die Verteilungsrohre und die Austrittsdüsen fest montiert sind. Neben der Unbeweglichkeit dieser Anlage sind auch die hohen Erstellungskosten von großem Nachteil.

Es sind weitere Verfahren bekannt (DE-OS 32 47 607 und DE-OS 33 44 809), bei denen Reagenzien in den Nebel eingesprüht werden, wobei sich unter Wärmebildung ein gasförmiges Reaktionsprodukt abspaltet. Die Reaktion kann auch in einem geschlossenen Reaktor erfolgen. Nachteilig hierbei ist, daß die von Nebeltröpfchen befreite Luft mit anderen Stoffen, d. h. mit den Reaktionsprodukten und bei der Reaktion entstehenden unerwünschten Gasen, verunrei­ nigt werden kann.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu verwenden, mit der sich Nebel effektiv aus der Atmosphäre entfernen läßt. Dabei soll die Vorrichtung trotz hoher Wirksamkeit klein dimensioniert und dadurch gut transportabel sein. Weiterhin soll der Energiebedarf gering ausgelegt sein, so daß bei der direkten Nebelbe­ seitigung keine Heizenergie aufzuwenden ist, sondern lediglich Energie für den Transport der von Nebel zu beseitigenden Luft durch die Vorrichtung. Die kleinen Ausmaße, die Mobilität der Vorrichtung und der geringe Energieaufwand führt zu einer beträchtlichen Kostenre­ duktion.

Die Aufgabe wird durch ein eingangs erwähntes Verfahren dadurch gelöst, daß die entfeuchtende Substanz ein Wasser an seiner Oberfläche unter Abgabe von Wärme anlagerndes Adsorbens ist und daß nach Kontakt mit dem Adsorbens die danach entfeuchtete und erwärmte Luft wieder in den Be­ reich der Entnahme ausgeblasen wird.

Die Luftfeuchtigkeit, die selbst bei Nebel 105% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreitet, wird reduziert, indem der Dampf oder die Nebeltropfen mit einer festen Phase in Kontakt kommen. An der Phasengrenze des Adsor­ bens und des gasförmigen oder flüssigen Wassers wirken Grenzflächenkräfte, durch die die Wassermoleküle an der festen Adsorbensoberfläche angereichert werden. Dabei bildet sich zuerst eine Schicht von Wassermolekülen auf der Adsorbensoberfläche, anschließend können sich freie Wassermoleküle auch mit schon adsorbierten Wassermolekü­ len verbinden, wodurch die Wasseranreicherung auf dem Adsorbens mehrere übereinanderliegende Schichten an Was­ sermolekülen umfassen kann.

Die Bildung mehrerer Schichten an Wassermolekülen ist vor allen Dingen dann begünstigt, wenn die vorbeistreichende Luft flüssiges Wasser in Form von Nebeltröpfchen enthält. Durch Anlagern dieser Nebeltröpfchen an der einschichti­ gen Oberfläche wird die gesamtvorliegende Oberfläche reduziert. Nebeltröpfchen besitzen eine weit größere Oberfläche als die gleiche Menge an Wassermolekülen in Form eines mehrschichtigen Wasserfilmes auf dem Adsor­ bens.

Die mehreren Schichten von Wassermolekülen werden vor allem dann begünstigt, wenn eine sogenannte Kapillarkondensa­ tion auftritt. Hierbei handelt es sich um eine Kon­ densation von Dämpfen in Kapillaren und Hohlräumen der Oberfläche von Festkörpern, wie z. B. dem Adsorbens. Die treibende Energie besteht darin, daß das kondensierte Wasser eine Minimierung der Oberfläche anstrebt. An Aus­ höhlungen bildet sich ein Meniskus, der mit den benetzten Seitenwänden in Kontakt steht. Durch eine Verlagerung des Meniskus derart, daß er mit der Aushöhlungsabmessung ab­ schließt, wird eine energetische Minimierung der Oberflä­ che erzielt.

Bei der Ein- und Mehrschicht-Adsorption wird Energie freigesetzt, da die Dampfmoleküle durch die Anlagerung an der Oberfläche ihre Beweglichkeit verlieren. Die Ordnung des Dampfes ist kleiner als die Ordnung der als Wasser­ film auf dem Adsorbens vorliegenden Wassermoleküle. Daher nimmt bei der Adsorption die Entropie dieses Systems ab. Die dabei freiwerdende Energie erwärmt das Adsorbens und die umgebende Luft. Der jeweils konkrete Wert der Ad­ sorptionsenthalpie ist von dem speziellen Adsorbens und den adsorbierten Molekülen abhängig.

Die auf eine Einschicht-Adsorption folgende Anlagerung weiterer Wassermoleküle wird gerade bei Nebeltropfen durch die Verringerung der Oberflächen-Gibbs-Energie energetisch begünstigt.

Es gibt drei Effekte, die die Anlagerung von Wasser an das Adsorbens unter Aspekten des Gleichgewichts begün­ stigen, nämlich die Entropieerniedrigung der Dampfmole­ küle, die Reduktion der Oberflächen und damit Oberflä­ chen-Gibbs-Energie der Nebeltröpfchen und die Kapil­ larkondensation.

Die durch die Adsorption freiwerdende Energie erwärmt sowohl das Adsorbens ale auch die Luft, so daß die Luft nach dem Verfahren eine höhere Temperatur als zuvor auf­ weist. Dadurch wird sekundär auch noch die relative Luft­ feuchtigkeit erniedrigt. Die entfeuchtete Luft wird nach dem Verfahren wieder in die Umgebung abgegeben und sorgt dafür, daß durch Vermischen mit der relativ feuchten Luft eine Mischung auftritt, die zum Teil unter 100% Luft­ feuchtigkeit liegt.

In einem Ausführungsbeispiel kann das Adsorbens Alumini­ umoxid (Al₂O₃) sein. Hierbei handelt es sich um ein Aluminiumoxid, welches in poröser Form vorliegt und das zu 99% aus Al₂O₃ besteht. Das Aluminiumoxid besitzt durch Aufrauhung und schwammartige Ausbildung eine große aktive Oberfläche, an der das Wasser sowohl chemisch als auch physikalisch gebunden werden kann. Die chemische Fixierung besteht darin, daß Aluminiumoxid in Gegenwart von Wasser zu Aluminiumhydroxid umgewandelt wird. Die chemische Reaktion läuft nach folgender Formel ab:

Al₂O₃ + 3 H₂O → 2 Al(OH)₃

Auf dieser oberflächlich vorliegenden Aluminiumhydroxid­ schicht lagert sich dann der einschichtige Wasserfilm durch physikalische Adsorption an. Die sich darauf wei­ terbildenden Schichten werden durch Kondensation und Reduktion der Oberflächenspannung herbeigeführt.

In einer weiteren Ausführung kann das Adsorbens ein Kie­ selgel (SiO₂) sein. Das Kieselgel, auch Silikagel, Kie­ selsäuregel oder Aktiv-Kieselsäure genannt, besteht aus Teilchen, die eine zusammenhängende, von Poren durchsetz­ te Sekundärstruktur bilden. Diese Struktur führt dazu, daß eine sehr große aktive Oberfläche für eine Adsorption zur Verfügung steht.

Ferner ist es möglich, das das Adsorbens folgende Formel hat:

Me₁₂((AlO₂)₁₂(SiO₂)₁₂) × (H₂O) _n

wobei Me ein Metallion ist, z. B. Na⁺, K⁺, ½ Ca⁺⁺, und n eine ganze Zahl von 0 bis 27. Durch die Anordnung der einzelnen Ionen dieses Makromoleküls ergibt sich ein dreidimensionales Gebilde, das entsprechend einem Mole­ kularsieb unterschiedlich große Porenöffnungen besitzt, nämlich etwa 0,3 nm, 0,4 nm und 0,5 nm. Da das Aluminium dreiwertig und die beiden Sauerstoffatome je zweiwertig sind, ergibt sich eine negative Nettoladung bei der Ver­ bindung zwischen Aluminium und Sauerstoff. Diese negative Nettoladung wird durch die Gegenwart von Metallionen aus­ geglichen, so z. B. durch Kalium-, Natrium- und Calcium- Ionen. Da die Kationen unterschiedliche Ionendurchmesser aufweisen, ergeben sich auch unterschiedliche Porengrößen (Kaliumion = 0,3 nm; Natriumion = 0,4 nm und Calciumion= 0,5 nm).

Um das Verfahren wirtschaftlich betreiben zu können, ist ein Reaktivieren des Adsorbens nach erfolgter Adsorption erforderlich. Dieses geschieht, indem das Adsorbens zur Regenerierung, d. h. zur Freisetzung der adsorbierten Wassermoleküle, erhitzt wird. Je nach der angewandten Temperatur und der Expositionszeit und in Abhängigkeit von der bewegten Luftmenge pro Zeiteinheit wird das Ad­ sorbens unterschiedlich von Wassermolekülen befreit. Die Verdampfung der oberen Schichten erfolgt sehr zügig, die Freisetzung des adsorbierten einschichtigen Molekularfil­ mes gestaltet sich aufwendiger. So haben sich für den letzten Vorgang Temperaturen zwischen 120°C bis 350°C, vorzugsweise 150°C bis 230°C, als sehr brauchbar erwie­ sen. Dabei streicht ein schwacher Luftstrom an dem Adsor­ bens entlang, um die freigesetzten Dampfmoleküle zu ent­ fernen.

Um ein derartiges Verfahren durchführen zu können, wird eine Vorrichtung zur Beseitigung von Nebel aus der At­ mosphäre, insbesondere im Bereich von Stadien, Flug­ plätzen oder Großbaustellen geschaffen, bei dem die feuchte Nebelluft in ein Reaktionegefäß eingesaugt und mit einer entfeuchtenden Substanz in Kontakt gebracht wird. Die Vorrichtung umfaßt einen Behälter mit Luftein­ und -auslaß und ein Gebläse für den Lufttransport, bei dem die Adsorbentien eine große Oberfläche aufweisen und vorzugsweise in Form von Molekularsieben sich in dem Behälter befinden. Bei einer derartigen Vorrichtung ist das zentrale Element ein die Adsorbentien aufnehmender Behälter, der einen Einlaß und einen Auslaß besitzt. Durch diesen mit Adsorbentien gefüllten Behälter wird Luft durch ein Gebläse geleitet. Die feuchte Luft wird aus der Umgebung angesaugt und nach dem Durchleiten durch den Behälter wieder ausgestoßen.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß eine derartige Vorrichtung klein dimensioniert ist. Für das Entnebeln eines Fußballstadions kann ein Behälter mit einer Füllung von etwa 150 kg veranschlagt werden. Eine derartige Vor­ richtung läßt sich einfach auf einem Lastkraftwagen oder einem Anhänger montieren, so daß gerade die hohe Mobili­ tät zur Geltung kommt.

Das Verfahren läßt sich auch für die Entfeuchtung kleinerer Räume anwenden, bei entsprechend dimensionierten Vor­ richtungen, beispielsweise für feuchte Arbeitsräume, Keller oder für die Innenräume von Kraftfahrzeugen oder Waggons. Insofern ist unter "Nebel" auch allgemein "hohe Luftfeuchtigkeit" zu verstehen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Beseitigung von Nebel aus der Atmosphä­ re, insbesondere im Bereich von Stadien, Flugplätzen oder Großbaustellen, wobei die feuchte Nebelluft in ein Reaktionsgefäß eingesaugt und mit einer entfeuch­ tenden Substanz in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die entfeuchtende Substanz ein Wasser an seiner Ober­ fläche unter Abgabe von Wärme anlagerndes Adsorbens ist und daß nach Kontakt mit dem Adsorbens die danach entfeuchtete und erwärmte Luft wieder in den Bereich der Entnahme ausgeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens eine Aktivtonerde, d. h. eine besonders poröse Form des Aluminiumoxids (Al₂O₃) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens Kieselgel (SiO₂) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichenet, daß das Adsorbens folgende Formel hat: Me₁₂((AlO₂)₁₂(SiO₂)₁₂) × (H₂O) _n wobei Me ein Metallion ist, z. B. Na⁺, K⁺, ½ Ca⁺⁺, und n eine ganze Zahl von 0 bis 27.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens zur Regenerierung und zur Freisetzung der adsorbierten Wassermoleküle erhitzt wird.

6. Vorrichtung zur Beseitigung von Nebel aus der At­ mosphäre, insbesondere im Bereich von Stadien, Flug­ plätzen oder Großbaustellen, wobei die feuchte Nebel­ luft in ein Reaktionsgefäß eingesaugt und mit einer entfeuchtenden Substanz in Kontakt gebracht wird, umfassend einen Behälter mit einem Luftein- und -auslaß und ein Gebläse für den Lufttransport, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbentien eine große Oberfläche aufweisen und vorzugsweise in Form eines Molekularsiebes sich in dem Behälter befinden.