DE69915876T2

DE69915876T2 - Verfahren zum regulierten einspritzen von flüssigem kohlendioxid in eine unter druck stehende flüssigkeit

Info

Publication number: DE69915876T2
Application number: DE69915876T
Authority: DE
Inventors: Frederic Bernard; Dominique Bras; Jose Buil
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: AU1391500A; ES2217890T3; CA2356914C; JP2002533209A; FR2787862B1; AU766737B2; EP1140339B1; WO2000038825A1; EP1140339A1; BR9916652A; CA2356914A1; FR2787862A1; US6533252B1; DE69915876D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum regulierten Einspritzen von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) in eine unter Druck stehende Flüssigkeit. Die Regelung des Einspritzens des CO_2L ist gemäß der Erfindung die Regelung einer fixen Leistung im Taktbetrieb.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere für das Einspritzen von CO_2L in eine unter Druck zirkulierende Flüssigkeit in einer Rohrleitung.
Der Zusammenhang der vorliegenden Erfindung ist die Behandlung jeglicher Art von unter Druck stehenden Flüssigkeiten mit Kohlendioxid (CO₂) und insbesondere von Flüssigkeiten, die aus reaktiven Milieus, Industrieabwässern, Trinkwasser usw. bestehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung schlägt die Anmelderin eine optimierte Technik des Einspritzens von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) vor, optimiert insbesondere vom Gesichtspunkt des Schutzes der Flüssigkeit aus, in welche das CO_2L eingespritzt wird, und vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes aus betrachtet.
Im Allgemeinen handelt es sich beim Einspritzen von gasförmigem Kohlendioxid (CO_2G) um eine vollkommen beherrschte Technik. Dennoch geht die Umsetzung dieser Technik von einer vorhergehenden Verdampfung des Kohlendioxids aus, das in flüssigem Zustand gelagert wird:
Eine solche vorhergehende Verdampfung setzt die Gegenwart eines Verdampfers am Verwendungsort voraus und impliziert einen nicht vernachlässigbaren Stromverbrauch. Die Umgehung einer solchen vorhergehenden Verdampfung ist wirtschaftlich betrachtet offensichtlich sehr interessant, sowohl im Hinblick auf die Investitionseinsparungen (kein Verdampfer) als auch im Hinblick auf die Einsparungen im Zusammenhang mit den Nutzungskosten (kein Stromverbrauch).
Das direkte Einspritzen von CO_2L ist somit wirtschaftlich gesehen von einem bestimmten Interesse, erweist sich jedoch als eine Technik, die schwieriger umzusetzen ist. Dem Fachmann ist dieser Umstand bekannt.
Die Anmelderin hat bereits eine direkte Einspritztechnik für CO_2L vorgeschlagen. Diese Technik ist in der Patentanmeldung FR-A-2 641 854 beschrieben. Sie ist relativ kompliziert, und ihre Umsetzung erfordert eine beträchtliche Investition. Im Allgemeinen ist die Umsetzung dieser Technik nur im Rahmen von Großanlagen gerechtfertigt, wo große Mengen an CO_2L einzuspritzen sind. Bei dieser Technik kommt für ein Einspritzen einer variablen Leistung von CO_2L (regulierte, permanente und nicht getaktete Leistung von CO_2L), ein im proportionalen Modus reguliertes Einspritzen,

– ein gesteuertes Ventil proportionaler Art (mit variabler Leistung) ohne Einspritzer;
– ein Einleiter für das Freisetzen von CO_2L,

₂

Die Anmelderin wünschte die Entwicklung einer anderen Technik zum regulierten Einspritzen von CO_2L in eine unter Druck stehende Flüssigkeit, und zwar insbesondere einer leichter umzusetzenden Technik. Die Anmelderin schlägt hiermit eine solche Technik vor, die insbesondere (ohne darauf beschränkt zu sein) für Zusammenhänge geeignet ist, in denen eine große Investition, wie sie für das Umsetzen der Technik gemäß FR-A-2 641 854 notwendig ist, wirtschaftlich nicht mehr interessant ist. Gemäß dieser anderen, hiermit beanspruchten Technik wird das CO_2L mit einer fixen Leistung im Taktbetrieb (mit Absperrfunktion) eingespritzt. Die Regelung des Einspritzens gemäß der Erfindung unterscheidet sich von jener gemäß FR-A-2 641 854. Sie kann theoretisch als weniger leistungsfähig betrachtet werden.
Bei der Umsetzung dieser Art des Einspritzens von CO_2L, reguliertes Einspritzen im Taktbetrieb, ist es nützlich, bei jedem Stoppen des Einspritzens von CO_2L Folgendes vermeiden zu können:

– jegliches Wiederaufsteigen der unter Druck stehenden Flüssigkeit, die durch das CO_2L behandelt wird, in die Einspritzvorrichtung des CO_2L (was zu einem Verstopfen des Einspritzers beispielsweise durch feste Rückstände, die in der Flüssigkeit enthalten sind, führen könnte); und
– jegliche Bildung von Wassereisstopfen, insbesondere auf der Höhe der Einspritzvorrichtung des CO_2L (kalt).

Angesichts dieses technischen Problems, das der Umsetzung des regulierten Einspritzens im Taktbetrieb von CO_2L in eine unter Druck stehende Flüssigkeit eigen ist, empfiehlt die Anmelderin, bei jedem Stopp des Einspritzens des CO_2L die Verwendung eines Gases. Dieses Gas erfüllt eine doppelte Funktion; zum einen das Zurückstoßen der behandelten Flüssigkeit unter Druck und zum anderen das Schützen (Isolieren) der Einspritzvorrichtung (welche so betriebsfähig bleibt) der behandelten Flüssigkeit, die dazu neigt, auf der Zone zu gefrieren.
Gemäß ihrer Aufgabe betrifft die Erfindung somit ein ursprüngliches Verfahren zum regulierten Einspritzen von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) in eine unter Druck stehende Flüssigkeit und insbesondere ein Verfahren zum regulierten Einspritzen mit fixer Leistung im Taktbetrieb von CO_2L in eine unter Druck stehende Flüssigkeit, wobei dieses Verfahren unter dem Schutz eines gasförmigen Flusses umgesetzt wird (beim Stoppen des Einspritzens von CO_2L).
Gemäß des ursprünglichen Verfahrens der Erfindung wird das CO_2L in die unter Druck stehende Flüssigkeit im Inneren einer Einfassung unter den nachstehenden Bedingungen eingespritzt:

– es wird mit einer fixen Leistung im Taktbetrieb durch eine Einspritzvorrichtung eingespritzt, welche ein Einspritzventil und einen Einspritzkopf umfasst, der in einer Wand der Einfassung eingesetzt ist, wobei der Einspritzkopf direkt am Ausgang des Einspritzventils angeordnet ist;
– bei jedem Stopp des Einspritzens des CO_2L wird es durch ein Gas ersetzt: bei jedem Stopp des Einspritzens von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) wird anstelle des flüssigen Kohlendioxids (CO_2L) ein Gas in die Flüssigkeit über den Einspritzkopf freigesetzt, wobei das Gas mit einem Druck freigesetzt wird, der ausreicht, um jegliches Wiederaufsteigen der Flüssigkeit im Inneren des Einspritzkopfes zu verhindern.

Bei dem Einspritzen von CO_2L gemäß des Verfahrens der Erfindung handelt es sich um ein reales Einspritzen, ein direktes Einspritzen in die zu behandelnde Flüssigkeit über eine Einfassungswand, welche die unter Druck stehende Flüssigkeit umschließt. Bei der Durchführung des Einspritzens kommt eine geeignete Einspritzvorrichtung zur Anwendung, welche ein Einspritzventil und einen Einspritzkopf umfasst. Das Einspritzventil umfasst ein Ventil, zum Beispiel von der Art mit einem kugelförmigen Ventileinsatz, das mit einem Einspritzer verbunden ist. Der Einspritzer ist mehr oder weniger in die Struktur des Ventils integriert. Der Fachmann wird leicht verstehen, dass zur Gewährleistung einer guten Funktionsweise des Einspritzens einerseits der Einspritzer nicht wirklich von dem Ventil getrennt sein darf und andererseits der Einspritzkopf direkt am Ausgang des Einspritzventils angeordnet sein muss.
Das regulierte Einspritzen gemäß der Erfindung ist – wie bereits erwähnt – von der Art des Einspritzens mit einer fixen, zuvor festgelegten Leistung im Taktbetrieb. Das Einspritzventil funktioniert als Absperrventil.
Sobald das Ventil geschlossen ist, das CO_2L nicht mehr in charakteristischer Weise eingespritzt wird, kommt ein Gas zum Einsatz. Das Gas kommt auf der Höhe des Einspritzkopfes (stromabwärts vom Einspritzventil) anstelle des CO_2L zum Einsatz, um in die unter Druck stehende Flüssigkeit freigesetzt zu werden. Man versteht somit leicht, dass gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Einspritzkopf mindestens zwei Eingänge:

– einen für das CO_2L,
– einen für das Schutzgas,

_2L

Um seiner Rolle als Schutzgas der Einspritzvorrichtung gegenüber der unter Druck stehenden Flüssigkeit gerecht zu werden, kommt das Gas offensichtlich mit einem ausreichenden Druck zum Einsatz.
Das Schutzgas (wobei es sich insbesondere um einen thermischen Schutz gegenüber dem bei ungefähr –80°C eingespritzten CO_2L handelt), das auf charakteristische Weise gemäß der Erfindung bei der Durchführung des Einspritzens von CO_2L im Taktbetrieb in eine unter Druck stehende Flüssigkeit zum Einsatz kommt, kann insbesondere aus einem Gas bestehen, das gegenüber der Flüssigkeit „träge" ist, mit der Flüssigkeit „verträglich" ist, nicht dazu neigt, die Flüssigkeit zu ändern, chemische Reaktionen innerhalb der Flüssigkeit auszulösen (in diesem Zusammenhang ist zumindest von einer relativen Trägheit die Rede). Es kann sich insbesondere um ein träges Gas im chemischen Sinne des Ausdrucks handeln (in diesem Zusammenhang ist von einer absoluten Trägheit die Rede), um ein träges Gas wie Stickstoff (N₂).
Dennoch ist im Rahmen der Erfindung der Einsatz einer anderen Gasart, eines nicht trägen Gases, als Schutzgas keinesfalls ausgeschlossen. Somit ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Schutzgas kein träges Gas, sondern besteht aus Kohlendioxid: CO_2G. Im Rahmen dieser Ausführungsform erhält die unter Druck stehende Flüssigkeit somit abwechselnd CO_2L und CO_2G. Das CO_2G kann von einer beliebigen, geeigneten Quelle stammen. Vorteilhafterweise stammt es aus der Verdampfung eines Anteils von CO_2L, der dem CO_2L-Versorgungskreis der Einspritzvorrichtung stromaufwärts von der Einspritzvorrichtung entnommen ist. Eine einzige CO_2L-Versorgungsquelle ist somit für die Umsetzung dieser vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung erforderlich. Der Einsatz eines anderen, nicht trägen Gases kann ebenfalls in beabsichtigter Weise vorgesehen werden, wobei das Gas dann abgesehen von seiner Hauptfunktion als Schutzgas mindestens eine weitere Funktion erfüllt.
Ungeachtet der Natur des freigesetzten Gases – träges Gas, CO_2G, ein anderes Gas – kann es zum Zeitpunkt des Stopps des Einspritzens von CO_2L in die unter Druck stehende Flüssigkeit günstig sein, das Gas zumindest teilweise von der Flüssigkeit abzuführen. Ein solches Abführen kann nicht schädlich sein, wenn es in vernünftiger Weise in dem Ausmaß erfolgt, in dem das Gas durch sein bloßes Freisetzen in die Flüssigkeit seine Funktion zur Sicherstellung des Einspritzens von CO_2L erfüllt hat. In bestimmten Zusammenhängen kann es sich viel mehr als sehr günstig, ja sogar beinahe obligatorisch erweisen. So kann man insbesondere das Entstehen von darauf folgenden Gasflächen oder Gastaschen in der Einfassung vermeiden, welche die unter Druck stehende Flüssigkeit umgibt.
Wenn die Einfassung aus einer Rohrleitung besteht, innerhalb welcher die unter Druck stehende Flüssigkeit unter der Einwirkung einer Pumpe zirkuliert, wird der Fachmann leicht verstehen, dass solche Gastaschen dazu neigen, die Pumpe leer zu laufen. Um den Teil stromabwärts der Pumpe ständig mit Flüssigkeitslast zu halten, wird dringend empfohlen, bei der Umsetzung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise (bei den Stopps der Pumpe) das im Inneren der Flüssigkeit freigesetzte Gas abzuführen.
Im Allgemeinen wird somit das freigesetzte Schutzgas bei den Stopps des Einspritzens von CO_2L vorteilhafterweise mindestens zum Teil abgeführt. Das so wiedergewonnene Gas kann vorteilhafterweise recycelt werden (als Schutzgas).
Das Einspritzen des CO_2L gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung:

– mit einer fixen Leistung im Taktbetrieb,
– unter dem Schutz eines gasförmigen Flusses,

_2L

⁵

Vorteilhafterweise wird aus offensichtlichen Sicherheitsgründen das Einspritzen des CO_2L mit einer Kontrolle der Temperatur der Flüssigkeit durchgeführt, in welche das CO_2L eingespritzt wird, wobei das Einspritzen des CO_2L gestoppt wird, sobald die Temperatur der Flüssigkeit unterhalb einer Solltemperatur liegt. Es ist in der Tat geboten, in der Lage zu sein, jederzeit die Folgen einer anormalen Dauer des Einspritzens von CO_2L zu vermeiden (zu der es insbesondere bei Gerätedefekten kommt: zum Beispiel bei einem Defekt des Einspritzventils), jederzeit einen gefährlichen Abfall der Temperatur der Flüssigkeit zu vermeiden, der zu einer Wasservereisung der Einfassung führen könnte, welche die Flüssigkeit umschließt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, so wie es oben in allgemeiner Weise und nachstehend genauer unter Bezugnahme auf die einzige beigelegte Figur beschrieben ist, kann in unterschiedlichen Zusammenhängen umgesetzt werden. Wie bereits erwähnt, eignet es sich insbesondere für das regulierte Einspritzen von CO_2L im Taktbetrieb in eine unter Druck stehende Flüssigkeit in einer Rohrleitung. Eine solche Flüssigkeit kann bis zu einem Druck von 8 bis 10 bar zirkulieren. Sie zirkuliert im Allgemeinen bis zu einem Druck von 4 bis 5 bar. Auf alle Fälle konnte die Anmelderin die Machbarkeit und die Vorteile ihres neuen verlässlichen Verfahrens zum Einspritzen von CO_2L in Flüssigkeiten nachweisen, welche bei solchem Druck zirkulieren.
Die Flüssigkeiten, die „gemäß der Erfindung mit CO_2L behandelt werden" können aus beliebigen Flüssigkeiten bestehen: dabei kann es sich insbesondere um reaktive Milieus, Industrieabwässer, Trinkwasser usw. handeln.
Die Flüssigkeiten können zu unterschiedlichen Zwecken mit CO_2L behandelt werden und insbesondere zum Zwecke des Entkalkens und/oder der Vermeidung des Verkalkens von Vorrichtungen, welche die Flüssigkeiten einschließen und/oder innerhalb welcher die Flüssigkeiten zirkulieren.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich auch ganz besonders zum Senken und vorteilhafterweise zum Kontrollieren des pH-Werts von Industrieabwässern vor ihrem Zufluss zum Kanalsystem. In diesem Zusammenhang ist das Einspritzen des CO_2L vorteilhafterweise direkt von der Messung des pH-Wertes abhängig.
Nun wird in allgemeiner Form eine Vorrichtung zum regulierten Einspritzen von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) in eine unter Druck stehende Flüssigkeit im Inneren einer Einfassung beschrieben, wobei die Vorrichtung sich zur Umsetzung des Verfahrens eignet, welches Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
Die Vorrichtung umfasst:

– ein Einspritzventil und einen Einspritzkopf, der in einer Wand der Einfassung eingesetzt ist, wobei der Einspritzkopf direkt am Ausgang des Einspritzventils angeordnet ist, wobei das Einspritzventil über einen Versorgungskreis mit einer geeigneten Quelle an flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) verbunden und für ein Einspritzen mit fixer Leistung im Taktbetrieb geeignet ist; und
– Mittel zum Versorgen des Einspritzkopfes mit einem Gas.

Die Vorrichtung umfasst in der Tat Mittel, die für die Durchführung eines Einspritzens von CO_2L mit fixer Leistung im Taktbetrieb adäquat sind, Mittel, die angeordnet sind, um das Freisetzen des Schutzgases bei jedem Stopp des Einspritzens von CO_2L zu ermöglichen. Diese adäquaten Mittel umfassen das Einspritzventil – Ventil und Einspritzer oder Ventil, in dem sich der Einspritzer befindet – und einen Einspritzkopf. In ursprünglicher Weise ist der Einspritzkopf gemäß der Erfindung geeignet, abwechselnd von CO_2L und von dem Gas zum Freisetzen des CO_2L und des Gases in die unter Druck stehende Flüssigkeit versorgt zu werden. Vorteilhafterweise, wie bereits erwähnt, umfasst der Einspritzkopf mindestens zwei Eingänge und einen Ausgang. In besonders vorteilhafter Weise umfasst der Einspritzkopf gegenüber vom Einspritzer einen ersten Eingang für das CO_2L, gegenüber dem ersten Eingang einen (direkten) Ausgang in die Flüssigkeit und – angeordnet in 90° zu seiner Achse, welche den ersten Eingang und den Ausgang verbindet, einen zweiten Eingang für das Gas.
Der Einspritzkopf der Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung ist somit einerseits mit einer geeigneten CO_2L-Quelle und andererseits mit einer geeigneten Quelle eines Schutzgases verbunden.
In dem Ausmaß, in dem man gesehen hat, dass das Schutzgas aus CO_2G bestehen kann und dass das CO_2G vorteilhafterweise aus der Verdampfung eines Anteils von CO_2L stammt, der dem CO_2L-Versorgungskreis des Einspritzventils entnommen wurde, versteht man, dass gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Vorrichtung der Erfindung stromaufwärts von dem Einspritzventil auf dem CO_2L-Versorgungskreis angeordnet Mittel zum Entnehmen und Verdampfen eines Anteils des CO_2L aufweist, wobei die Mittel zum Entnehmen und Verdampfen mit den Gasversorgungsmitteln des Einspritzkopfes verbunden sind. Die gesicherte Einspritzvorrichtung für CO_2L gemäß der Erfindung kann somit funktionieren, indem sie mit einer einzigen CO_2L-Quelle verbunden ist.
Die Vorrichtung umfasst die oben angeführten wesentlichen Mittel, die offensichtlich mit adäquaten Steuermitteln verbunden sind. Die wesentlichen Mittel sind vorteilhafterweise auch verbunden:

– mit Mitteln zum Abführen von in die Flüssigkeit freigesetztem Gas sowie – gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform – mit Mitteln zum Recyceln des wiedergewonnenen abgeführten Gases. In dem speziellen Fall, in dem der Einspritzkopf der Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung in die Wand einer Rohrleitung eingesetzt ist, innerhalb welcher die unter Druck stehende Flüssigkeit unter Einwirkung von Mitteln zum Zirkulieren der Flüssigkeit unter Druck (wie Pumpen) zirkuliert, sind die Mittel zum Abführen des Gases in die Rohrleitung offensichtlich stromabwärts vom Einspritzkopf angeordnet und sind vorteilhafterweise von den Mitteln, mit denen die Flüssigkeit dazu gebracht wird, unter Druck zu zirkulieren, abhängig, so dass das Abführen des Gases ohne Auswirkung auf die Zirkulierung der Flüssigkeit erfolgt. Auf jeden Fall ist der Fachmann in der Lage, solche Mittel zum Abführen des in die Einfassung freigesetzten Gases zu konzipieren und eventuell die Mittel zum Abführen mit Mitteln zum Recyceln des wiedergewonnenen freigesetzten Gases zu verbinden;
– einer Vorrichtung zur Kontrolle der Temperatur der Flüssigkeit, in welche das CO_2L eingespritzt wird. Das Einbeziehen einer solchen Kontrollvorrichtung ist aus offensichtlichen Sicherheitsgründen angebracht. Diese Kontrollvorrichtung umfasst vorteilhafterweise Mittel zum Messen der Temperatur der „behandelten" Flüssigkeit und Mittel zum Stoppen des Einspritzens von CO_2L; Mittel zum Betätigen, wenn die Temperatur unterhalb einer Solltemperatur liegt. Man versteht, dass in besonders vorteilhafter Weise die Vorrichtung auch Mittel für eine automatische Regelung der Mittel zum Stopfen der CO_2L-Einspritzung umfasst, wobei diese Regelungsmittel automatisch die Mittel zum Stoppen aktivieren, sobald die gemessene Temperatur unter einem Sollwert liegt. Mit oder ohne Einbeziehen solcher Regelungsmittel (vorteilhafterweise mit deren Einbeziehung) wird dringend empfohlen, dass die Mittel zum Stoppen der CO_2L-Einspritzung ein so genanntes Sicherheitsventil umfassen, das stromaufwärts von dem Einspritzventil des CO_2L auf dem CO_2L-Versorgungskreis befestigt ist. Auf diese Weise verfügt man über eine Vorrichtung zur Kontrolle der Temperatur, die unabhängig von der Regelung (da das Sicherheitsventil oder Absperrventil sich stromaufwärts vom Einspritzventil befindet) den Schutz der Anlage im positiven Temperaturbereich gewährleistet.

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die einzige beigelegte Figur beschrieben. In dieser Figur ist in schematischer Form eine Vorrichtung dargestellt, welche der Umsetzung einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung entspricht.
Flüssiges Kohlendioxid (CO_2L), das von einer Quelle S kommt, wird gemäß der Erfindung – unter dem Schutz eines gasförmigen Flusses aus Kohlendioxid (CO_2G) – zum Zeitpunkt des Stoppens des Einspritzens in ein flüssiges Abwasser L eingespritzt, das mit Hilfe der Pumpe P in der Rohrleitung C unter Druck zum Zirkulieren gebracht wird. Das Einspritzen des CO_2L mit fixer Leistung wird im Taktbetrieb geregelt.
Das Einspritzen erfolgt in Abhängigkeit von Mitteln zur automatischen Regelung 2, um den pH-Wert des flüssigen Abwassers L zu regeln.
Die Mittel 1 zum Einspritzen des CO_2L in das flüssige Abwasser L bestehen vorrangig aus einem Einspritzventil 1a mit kugelförmigem Ventileinsatz, das direkt mit einem Einspritzkopf 1b verbunden ist, der in die Rohrleitung C eingesetzt ist. Das Ventil 1a ist mit einem Einspritzer i auf der Seite des Einspritzkopfes 1b versehen. Das Einspritzventil 1a funktioniert als Absperrventil: es ist entweder geöffnet oder geschlossen. Sein Öffnen und sein Schließen werden durch das Betätigungselement 1c gesteuert, das von den Mitteln zur automatischen Regelung 2 abhängt. Das Betätigungselement 1c, das in die temperierte Zone versetzt ist, wird über den CO_2G-Versorgungskreis mit Gas versorgt, um seine Funktion auszuführen.
Das Ventil 1a ist geöffnet, wenn der pH-Wert des flüssigen Abwassers L über einem zuvor festgelegten Sollwert liegt; es wird vom Betätigungselement 1c geschlossen, wenn der pH-Wert unterhalb des Sollwertes liegt oder dem Sollwert entspricht. Das Ventil 1a wird über den Versorgungskreis 3, der mit der Quelle S verbunden ist, mit CO_2L versorgt.
Der Einspritzkopf 1b, der in die Rohrleitung C eingesetzt ist, ermöglicht es, in das flüssige Abwasser L abwechselnd CO_2L und CO_2G freizusetzen. Der Einspritzkopf umfasst:

– gegenüber vom Einspritzer i des Ventils 1a einen ersten Eingang für das CO_2L;
– gegenüber vom ersten Eingang einen Ausgang (in das flüssige Abwasser L),
– und in 90° zu seiner Achse, welche den ersten Eingang mit dem Ausgang verbindet, einen zweiten Eingang für das CO_2G.

Eine Leitung 6 für Kohlendioxid im gasförmigen Zustand (CO_2G) versorgt dauerhaft diesen zweiten Eingang über – in der angegebenen Reihenfolge – eine Rohrschlange 7, einen Druckminderer 5, ein Leistungsregelventil 6a und schließlich ein Rückschlagventil 6b. Im Rahmen der dargestellten Ausführungsform ist das verwendete Schutzgas somit Kohlendioxid, welches aus dem Versorgungskreis 3 für flüssiges Kohlendioxid entnommen wurde. Der entnommene Anteil von CO_2L wird erhitzt und verdampft in der Rohrschlange 7 bei Umgebungstemperatur. Danach wird er durch den Druckverminderer 5 druckreduziert, bevor er über das Leistungsregelventil 6a, das Rückschlagventil 6b und den Einspritzkopf 1b eingespritzt wird.
Die Rohrleitung C ist stromabwärts von dem Einspritzkopf 1b mit Mitteln 4 zum Abführen des eingespritzten CO_2G ausgestattet. Die Abführungsmittel 4 umfassen:

– ein Entlüftungsventil 4a,
– ein Betätigungselement 4b, welches das Schließen des Ventils 4a über automatische Regelungsmittel 4c steuert.

Das Entlüftungsventil 4a ist normalerweise in spannungsfreiem Zustand offen (immer offen). Somit gewährleistet es im Fall einer Panne bei der Stromversorgung automatisch das Entweichen des Schutz-CO_2G. Es schließt sich unter der Einwirkung des Betätigungselementes 4b, sobald die Pumpe P für die Übertragung des flüssigen Abwassers L in Betrieb ist. Im Gegensatz dazu öffnet sich das Ventil 4a, sobald die Pumpe P stoppt, und gewährleistet somit das Entweichen des eingespritzten CO_2G in die Luft, wobei die Bildung von Gastaschen stromabwärts vom Einspritzen vermieden wird. Dieses Ventil 4a ermöglicht es somit, den Teil stromabwärts der Pumpe P stets mit Flüssigkeitslast zu halten. Jegliches Neustarten der Pumpe P ist möglich, ohne dass das Risiko eines Leerlaufs besteht.
Die dargestellte Vorrichtung umfasst unter anderem eine Einheit zur Überwachung der Temperatur des flüssigen Abwassers L. In der Tat kann, wenn die Dauer des Einspritzens von CO_2L anormal lange andauert (zum Beispiel im Falle eines Defektes beim pH-Messgerät, eines Defektes des pH-Reglers, eines Defektes des Einspritzventils 1a), die Temperatur des flüssigen Abwassers L in gefährlicher Weise bis zur Wasservereisung der Rohrleitung C sinken.
Die Einheit zur Überwachung der Temperatur umfasst:

– eine Temperatursonde 8, welche die Temperatur des flüssigen Abwassers L misst;
– eine Vorrichtung zur Kontrolle der Temperatur, welche wiederum Mittel zur automatischen Regelung 10 und ein Ventilbetätigungselement 9b umfasst;
– ein so genanntes Sicherheitsventil 9a, das durch das Betätigungselement 9b gesteuert wird und auf dem CO_2L-Versorgungskreis 3 angeordnet ist, wodurch das Absperren der CO_2L-Vesorgung ermöglicht wird.

Das Ventil 9a und sein Betätigungselement 9b stellen die Stoppmittel 9 der CO_2L-Versorgung dar.
Die Überwachungseinheit gewährleistet einen Schutz im positiven Temperaturbereich, unabhängig von der Regelung des pH-Wertes, da das Sicherheitsventil 9a (oder Absperrventil) sich stromaufwärts von dem Einspritzventil 1a befindet. Ferner ist festzustellen, dass das Sicherheitsventil 9a offensichtlich stromabwärts vom Punkt zur Entnahme des CO_2L-Anteils liegt, welcher dazu bestimmt ist, in der Rohrschlange 7 das CO_2G zu erzeugen, welches für die Regelung gemäß der Erfindung nützlich ist.
Zwischen dem Sicherheitsventil 9a und dem Einspritzventil 1a ist ein Sicherungsschieber angeordnet.
Ferner ist festzustellen, dass die eingreifenden Betätigungselemente – die Betätigungselemente 1c, 4b bzw. 9b der Einspritzventile 1a, Entlüftungsventile 4a und Sicherheitsventile 9a – pneumatische Betätigungselemente sind, die über CO_2G, das aus dem Versorgungskreis 6 des Einspritzkopfes 1b entnommen wird, mit Gas versorgt werden.
Durch Betrachtung der Figur und der oben angeführten Beschreibung erkennt der Fachmann die Bedeutung der vorliegenden Erfindung, welche ein CO_2L-Einspritzen mit einer fixen Leistung im Taktmodus unter dem Schutz eines CO_2G-Flusses bei Stoppen des Einspritzens vorschlägt. In der Tat ist es so, dass

– zum Zeitpunkt des Einspritzens von CO_2L in das flüssige Abwasser L die CO_2G-Versorgung dank des Druckunterschieds automatisch unterbrochen wird;
– im Gegensatz dazu wird ab dem Stoppen des CO_2L-Einspritzens die CO_2G-Versorgung unverzüglich mit einer geregelten Minimalleistung wieder hergestellt, wodurch der Teil stromabwärts von der Einspritzzone (welche sich bei ungefähr –80°C befindet) des flüssigen Abwassers L (der sich selbst in einem positiven Temperaturbereich befindet) thermisch isoliert wird.

Zu den Mitteln, die für die Durchführung der CO_2L-Einspritzung unter dem Schutz von CO_2G erforderlich sind, werden vorteilhafterweise hinzugefügt:

– ein Unterbausatz zur Entlüftung des gasförmigen Flusses von CO_2G;
– ein Unterbausatz zur Kontrolle der Temperatur des flüssigen Abwassers L.

Die vorliegende Erfindung wird schließlich durch nachstehendes Beispiel illustriert.
Eine Anlage des in der beigelegten Figur dargestellten Typs wird unter folgenden Bedingungen verwendet.
Das „zu behandelnde" flüssige Industrieabwasser wird mit variablen Leistungen (von 30 bis 50 m³/h) mit Hilfe einer Pumpe bei 2,5 bar von einem Becken stromaufwärts zu einem Becken stromabwärts übertragen, das sich in die Kanalisation ergießt. Das Abwasser kann jedoch nur dann in die Kanalisation entleert werden, wenn sein durchschnittlicher pH-Wert höchstens 8 beträgt.
Eine Inox-Manschette DN 125 mm, ausgestattet mit einem Einspritzventil (Ventil mit kugelförmigem Ventileinsatz + Einspritzer am Ventilausgang) und mit einem Einspritzkopf, ist unmittelbar nach der Übertragungspumpe angeordnet (in die Kanalisation eingesetzt), so dass die Kontaktzeit von eingespritztem CO_2L/behandeltem Abwasser zwischen den zwei Becken so lange wie möglich ist.
Das Einspritzventil ist mit einem 0,9-mm-Einspritzer versehen, der eine Leistung von 12 g CO_2L pro s gewährleistet.
Die Gasleistung, welche den Schutz des Einspritzkopfes (CO_2G, das dem CO_2L-Versorgungskreis entnommen wird) gewährleistet, wurde auf einen Mindestwert von ungefähr 3 l/Minute eingestellt.
Sobald die Messung des pH-Wertes einen pH-Wert des Abwassers von mehr als 8 ergibt, wird CO_2L über einen Zeitraum in der Größenordnung von 6 s von 8 s eines fixen Zyklus eingespritzt. Die Einspritzdauer nimmt in der Folge ab, bis sie dank der PID-Schleife (welche eine proportional-integral-differentielle Regelung gewährleistet) bei Null liegt.

Claims

Verfahren zum regulierten Einspritzen von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) in eine unter Druck stehende Flüssigkeit (L) im Inneren einer Einfassung, wobei das flüssige Kohlendioxid (CO_2L) durch eine Einspritzvorrichtung (1) eingespritzt wird, die ein Einspritzventil (1a) und einen Einspritzkopf (1b) umfasst, der in einer Wand der Einfassung eingesetzt ist, wobei der Einspritzkopf (1b) direkt am Ausgang des Einspritzventils (1a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kohlendioxid (CO_2L) mit einer fixen Leistung in Taktbetrieb eingespritzt wird, und dadurch, dass mit jedem Stopp des Einspritzens von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) über den Einspritzkopf (1b) anstelle des flüssigen Kohlendioxids (CO_2L) ein Gas in die Flüssigkeit (L) freigesetzt wird, wobei das Gas mit einem Druck freigesetzt wird, der ausreicht, um jegliches Wiederaufsteigen der Flüssigkeit (L) im Inneren des Einspritzkopfes (1b) zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das freigesetzte Gas Kohlendioxid ist, wobei das Kohlendioxid vorteilhafterweise von der Verdampfung eines Anteils des flüssigen Kohlendioxids (CO_2L) stammt, der dem Versorgungskreis (3) mit flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) stromaufwärts von der Einspritzvorrichtung (1) entnommen wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Flüssigkeit (L) freigesetzte Gas zumindest teilweise abgeführt und vorteilhafterweise recycelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kohlendioxid (CO_2L) mit einem Anfangsdruck zwischen 14·10⁵ und 20·10⁵ Pa (14 und 29 bar) und einer Anfangstemperatur zwischen –20°C und –30°C eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Kontrolle der Temperatur der Flüssigkeit (L) umgesetzt wird, wobei das Einspritzen des flüssigen Kohlendioxids (CO_2L) gestoppt wird, sobald die Temperatur der Flüssigkeit (L) unter einer Solltemperatur liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es für das regulierte Einspritzen im Taktbetrieb von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) in eine Flüssigkeit (L) umgesetzt wird, die unter Druck in einer Rohrleitung (C) zirkuliert, wobei das Gas, das in die Flüssigkeit (L) freigesetzt wird, mit jedem Stopp des Einspritzens von flüssigem Kohlendioxid (CO_2L) vorteilhafterweise zumindest teilweise abgeführt wird, wenn die Zirkulation der Flüssigkeit (L) gestoppt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kohlendioxid (CO_2L) zu Zwecken des Entkalkens und/oder zur Vermeidung von Verkalkung eingespritzt wird.