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Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoffoxyden Die Erfindung
bezieht sich auf Verfahren! und Vorrichtungen, zur Gewinnung von Stickstoffoxyden
aus Gasgemischen. Bei den Verfahren, zur Herstellung von Stickstoffoxyden, bei denen
der atmosphärische Stickstoff unmittelbar gebunden wird, wie z. B. bei dem W iscönsin-Stickstoffbindüngsverfahren
oder bei dem elektrischen Lichtbogenverfahren, sind die anfallendem Stickstoffoxyde
mit großen Mengen von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffd.ioxyd, Wasserdampf usw.
auf einem Gehalt von weniger als 3 % des Gesamtgemisches verdünnt. Die in dem Gasgemisch
enthaltenen Stickstoffoxyde müssen .daher isoliert werden, um sie für die praktische
Verwendung in konzentrierter Form zu erhalten. Das ist eine schwierige Aufgabe und
kann die Kosten. des Endproduktes so vergrößern, daß seine Herstellung wirtschaftlich
untragbar wird.
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Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines wirtschaftlich durchführbaren:
Verfahrens und einer Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoffoxyden aus Gasgemischen
der genannten Art.
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Bei einem Verfahren, das zur Gewinnung von Stickstoffoxyden, im konzentrierter
Form aus dem vorerwähnten Gasgemisch angewandt wird, wird zunächst die Wasserdampfkomponente
des Gasgemisches entfernt, während die Stickstoffoxyde `veitgehen.d in Form von
Stickoxyd (NO) vorhanden sind. Da Stickoxyd ein schwer kondensierbares Gas ist,
wird es nur in, kleinem Maße von Kieselsäuregel und ähnlichen Adsorptiomsstoffen
a-dsorbiert, die
bereitwillig den- leicht kondensierbaren Wasser=
dampf adsorbieren. Zur Entfernung des Wassergehaltes aus dem Gasgemisch ohne merkliche
Beeinflussung seines Stickoxydgehaltes kann daher das Gasgemisch durch stationäre
Schichten, aus Kieselsäuregel, aktivierter Tonerde oder ähnlichen Stoffen geleitet
werden, die begierig Wasser adsorbieren. Derartige stationäre Schichten aus adsorbierenden
Stoffen haben viele Nachteile und Unzulänglichkeiten. Da die Kapazität der Adsorptionsstoffe
zur Aufnahme von Feuchtigkeit genau begrenzt ist, ist es vor allen Dingen notwendig,
die Schichten periodisch durch Anwendung von Wärme aufzufrischen, um die adsorbierte
Feuchtigkeit auszutreiben; dies bedeutet, daß der erwünschte Adsorptionsprozeß unterbrochen
werden muß. Um ein Stickstoffoxydgewinnungsverfahren ohne Unterbrechung zu betreiben,
hat man daher vorgeschlagen, jede Gewinnungsanlage mit mehreren Feuchtigkeit adsorbierenden
Schichten auszurüsten, so daß die eine immer zur Trocknung der feuchtigkeitsbeladenen
Gase verfügbar sein kann, während die anderen behandelt werden, um sie für erneute
Verwendung aufzufrischen. Ein anderer Nachteil der stationären Schichten liegt darin,
daß sie nach einer Anfangszeit wirksamer Arbeit die Wasserdampfkomponente aus dem
durchlaufenden Gasgemisch nicht mehr vollständig entfernen, obwohl sie noch lange
nicht mit Feuchtigkeit gesättigt sind; für eine wirksame Arbeit müßten daher die
Schichten aufgefrischt werden, bevor ihre Fähigkeit zur Wasseradsorption vollständig
ausgenutzt ist, was eine geringe Adsorptionswirksamkeit bedeutet. Um die Adsorptionswirksamkeit
der Anordnungen mit stationären Schichten zu verbessern, ist vorgeschlagen worden,
das Gasgemisch nacheinander durch eine Reihe von adsorbierenden Schichten zu leiten,
so daß der Wasserdampf, der durch die erste Schicht oder .die ersten Schichten nicht
adsorbiert worden ist, zuverlässig in den nachfolgenden Schichten. entfernt werden
kann, und die erste Schicht oder die Schichten brauchen daher nicht aus dem Prozeß
ausgeschaltet zu werden, bevor sie vollständig mit Feuchtigkeit gesättigt sind.
Um eine solche Anordnung wirksam zu halten, ist es notwendig, daß die gesättigten
Schichten an. dem Gaseintcittsende nach der Auffrischung an das Gasaustrittsende
der Schichtreihe geschaltet werden. Anordnungen dieser Art ermöglichen zwar ununterbrochenen
Betrieb und hohe Adsorptionswirksamkeit, bringen aber eine kostspielige Verdopplung
der Ausrüstung und verwickelte Rohrverbindungen mit sich. Ein anderer Nachteil der
stationären Schichten. ist die geringe thermische Wirksamkeit. Um die durch den
Adsorptionsprozeß erzeugte Wärme zu beseitigen und so die Schichten bei einer Temperatur
zu halten, bei der die Adsorption günstig verläuft, ist es nötig, daß Kühlmittelleitungsrohre
in, dem Adsorptionsstoff eingebettet werden. Wenn eine Schicht aufgefrischt werden
muß, müssen also nicht nur der Adsorptionsstoff, sondern auch die Kühlrohre erwärmt
werden, um die vorher adsorbierte Feuchtigkeit frei zu machen. Im Hinblick auf'
d lese augenscheinlichen; Nachteile der Anordnungen mit stationären Schtichten ist
schon vorgeschlagen worden; körniges Adsorptionsm.aterial ununterbrochen durch eine
Anlage zu bewegen, die drei feste Stationen enthält, bei denen das Adsorptionsmaterial
nacheinander mit folgendem in Berührung gebracht wird: i. mit dem Gasstrom, aus
dem der Dampf zu entfernen. ist, z. mit einem gasförmigen Wärmemittel, das .das
feuchtigkeitsbeladene Adsorptionsmaterial erwärmt und @so die Desörption des adsorbierten
Wasserdampfes herbeiführt, und 3. mit einem gasförmigen Kühlmittel, das das erwärmte
Material auf die richtige Temperatur abkühlt, bei der es wieder wirksam als Adsorptionsmittel
arbeitet. Eine Anlage dieser Art arbeitet ununterbrochen und hat eine hohe Adsorptionsw-ir'ksamkeit,
ohne Verdopplung der Ausrüstung, ohne verwickelte Rohrverbindungen und ohne die
Notwendigkeit dauernder Bedienung bei stark verbesserter thermischer Wirksamkeit,
weil die Kühlrohre in der Adsorberstation immer kühl bleiben können. Ein Hauptnachteil
einer solchen Anlage mit einer wandernden Schicht ist jedoch, daß die zulässige
Geschwindigkeit des durch die Schichten gehenden Gasstromes relativ niedrig ist
und selten höher als etwa 30 cm pro Sekunde sein kann., weil der Druckabfall
durch die Schicht steil ansteigt, wenndie Geschwindigkeitdes Gasstromes vergrößert
wird, was wiederum die Pumpkosten rasch auf eine unwirtschaftlich große Höhe hochtreibt.
Bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten sind jedoch Vorrichtungen von ungeheuren Abmessungen
notwendig, um die großen Gasvolumina zu bewältigen, und außerdem wird die Übertragung
.der Wärme aus dem Gas zu den Oberflächen der Kühlrohre höchst unwirksam.
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Gemäß der Erfindung wird ein körniges Adsorptionsmaterial gegenläufig
mit dem Gasstrom in einer Weise in Berührung gebracht, die einen flüssigkeitsartigen
Zustand .des körnigen Materials herbeiführt; so wird ermöglicht, daß das Gas durch
das Adsorptionsmaterial mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten geleitet werden
kann, ohne daß mehr als gewöhnlicher Pumpenaufwand oder Kosten erforderlich wären,
während gleichzeitig die not-@vendige Ruhezeit für den Feststoff sichergestellt
wird. Das kann jedoch nicht durch Anwendung derselben Maßnahmen erreicht werden,
mittels deren man körnige Stoffe in flüssigkeitsartigen Zustand versetzt, wie es
weitgehend in .der Petroleumtechnik angewendet wird, weil die Feinheit der gewöhnlich
verwendeten Teilchen solche Gasgeschwindigkeiten verbieten würde, wie sie vorzugsweise
verwendet werden, um wirtschaftlich einen kondensierbaren Bestandteil aus großen
Gasvolumina rasch zu adsorbieren, denn bei derartigen Geschwindigkeiten wird das
körnige Material der gewöhnlich verwendeten Feinheit mit dem Gasstrom fortgetragen,
statt daß es im Gegenstrom dazu wandert.
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Es ist daher ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Kontaktverfahren
,dieser Art so einzurichten, daß die Geschwindigkeit des Gases so weit gesteigert
werden kann, daß große Volumina des Gases in
kürzester Zeit und
in verhältnismäßig kleinem Raum behandelt werden können, ohne den richtigen Gegenstrom
der pulvrigen Feststoffe zu gefährden.
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Gemäß der Erfindung wird bei dem hier beabsichtigten Verfahren pulverisiertes
Adsorptionsmateria:l einer Teilchengröße verwendet, die zwischen den bei den vorstehend
beschriebenen Anlagen mit festen oder wandernden Schichten.verwendetenTeilchengrößen
und den üblicherweise bei Systemen flüssigkeitsartig gemachter Stoffe verwendeten
Teilchengröße liegen. Vorzugsweise werden kugelige Granula mit einem größten: Durchmesser
in der Größenordnung von 0,3 cm und einem kleinsten Durchmesser von o,oi
cm oder Teilchen mit entsprechenden Absetzgeschwindigkeiten verwendet. Wenn auch
so große Teilchen sich in. tiefen Schichten flüssigkeitsartig gemachter Stoffe,
wie sie gewöhnlich in der Petroleumtechnik verwendet werden, als nicht zweckmäßig
erwiesen haben, weil sie dazu neigen, Kanäle zu bilden und uneben zu wallen., ist
gefunden worden, daß sie in verhältnismäßig flachen Schichten in der Größenordnung
von 2,5 bis 5 cm Tiefe gleichmäßig flüssigkeitsartig werden; gemäß der vorliegenden
Erfindung wird daher der Gasstrom und ein pulverisierter fester Adsorption6-stoff
der oben angegebenen Teilchengröße in ununterbrochenem Gegenstrom in vielen übereinandergelagerten
flüssigkeitsartig gemachten Schichten geringer Tiefe in Berührung gebracht, und
auf diese Weise wird ein inniger Kontakt von erforderlicher Dauer zwischen dem Adsorptionsmaterial
und dem Gasstrom mit oberflächlichen Gasgeschwindigkeiten entsprechend der Gasgeschwindigkeit
in der nicht gefüllten Kammer in der Größenordnung von 152 ccm pro Sekunde (gemessen
unter Standardbedingungen) erhalten, während der richtige Gegenstrom der pulverisierten
Feststoffe aufrechterhalten wird, so d@aß große Gasvolumen nunmehr mit großer Geschwindigkeit
in Apparaten mit mäßigen Abmessungen behandelt werden können.
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Die Temperatur der Gase, die aus einem Stickstoffverbrennungsofen
austreten, ist gewöhnlich in der Größenordnung von 26o°. Bei einer solchen Temperatur
halten die festen Adsorptionsstoffe beinahe keinen adsorbierten Wasserdampf fest.
Damit die beabsichtigte Adsorption der Wasserdampfkomponen.te aus den Gasen wirksam
vor sich geht, ist es daher notwendig, .daß diese Gase zunächst richtig gekühlt
werden. Auf der anderen Seite erfordert die Auffrischung des Adsorp.tionsmaterialls
Wärmeanwendung, um die adsorbierte Feuchtigkeit zu verdampfen. Die vorliegendeErfindungbezweckt,
sowohl dass Auffrischen des Adsorptionsmaterials als auch dias Kühlen der Ofengase
mit kleinsten Kosten zu erreichen, und demgemäß werden die Verfahrensstufen derart
gelegt, .daß die Wärme,der Gase, wenn diese den Stickstoffverbrennungsofen verlassen,
ausgenutzt wird, um das bei der Trocknung der Gase verwendete Adsorptio.nsmaterial
aufzufrischen. Zu diesem Zweck werden die heißen Ofengase zunächst mit dem feuchtigkeitsbeladenen
Adsorptionsmaterial in Berührung gebracht, um die Vend-ampfung der Feuchtigkeit
herbeizuführen. Der zusätzliche Wasserdampf, der auf diese Weise von den 'heißen
Ofengasen aufgenommen wurde, muß aus den Gasen entfernt werden, bevor sie mit den
trocknen. Körnchen des Adsorptionsmaterials für die eigentliche Trocknungsarbeit
in Berührung gebracht werden. Zu diesem Zweck werden die feuchtigkeitsbeladenen
Gase gekühlt, was die Kondensation des Hauptteiles des darin enthaltenen Wasserdampfes
herbeiführt.
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Nachdem die ausströmenden Gase d es Stickstoffverbrennungsofens in
der beschriebenen Weise getrocknet worden sind, werden sie einem Katalysator, wie
Kohlenstoff, Kieselsäuregel oder bestimmten Metalloxyden, ausgesetzt, der wirksam
die Oxydation der in den Gasen enthaltenen Stickstoffoxyde zu Stickstoffdioxyd fördert;
das so gebildete Stickstoffdioxyd wird danach von den übrigen Gasen isoliert, indem
das Gasgemisch in kaltem Zustand mit einem pulverigen festen Adsorptionsstoff, wie
körnigem Kiesel.säuregel, in Berührung gebracht wird. Die notwendige Berührung zwischen
dem Gasgemisch und dem pulvrigen Adsorptionsmittel kann wieder in einem Kontaktapparat
der angezogenen Art erfolgen, welcher derart gebaut ist, daß die Adsorption des
Stickstoffdioxyds aus einem Gasgemisch auf dem festen Adsorptionsmittel, die Desorption
des Stickstoffdioxyds aus dem Adsorptionsmittel, um es in konzentrierter Form zu
erhalten, und die Kühlung des Adsorptionsmittels, um seine Wirksamkeit beim Entfernen
des Stickstoffdioxyds aus dem Gasgemisch zu vergrößern, nacheinander innerhalb einer
einzigen, gemeinsamen Umwandung durchgeführt werden.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist ein Kontaktapparat der erwähnten
Art, in dem die obenerwähnten drei Arbeitsphasen der Adsorption, Desorption und
Kühlung wirksam in nur zwei Behandlungskammern durchgeführt werden können.
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An Hand der Zeichnungen werden bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, woraus sich diese und weitere Ziele der Erfindung ergeben.
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Fig. i zeigt schematisch eine Stickstoffoxydgewinnungsanlage gemäß
der Erfindung; Fig. 2 und 3 sind Teilschnittansichten und zeigen den Gastrocknungsapparat
in etwas vergrößertem Maßstabe, wie er in der Anlage nach Fig. i verwendet wird;
Fig. q und, 5 zeigen den Fig. 2 und 3 ähnliche Teilquerschnittsansichten des Stickstoffdioxyd.adsorptionsapparates,
wie er in der Anlage nach Fig. i verwendet wird.
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Wie sich aus Fig. i ergibt, werden die ausströmenden Verbrennungsgase
eines Stickstoff-Verbrennungsofens durch ein Rohr 2o in einen rohrförmigen Turm
21 geleitet, wo sie ihren Wasserdampfgehalt abgeben sollen. Dieser Turm weist eine
äußere Rohrwand 22 auf, die oben bei 23 geschlossen ist. Der Raum innerhalb der
Rohrwandung ist in drei senkrecht übereinander angeordnete Behand lungskammern 2.4,
2,5 und 26 durch zwei Ventilvorrichtungen 27 bzw. 28 unterteilt, die körnige
Feststoffe durchlassen können, während der Austausch
von Gasen verhindert
wird, die in den einzelnen Behandlungskammern zirkulieren könnem Die Ventilvorrichtungenkönnen.verschiedene
Konstruktionen haben, wie es. später genauer beschrieben wird. Die Kammern 24 und
25 sind mit mehreren senkrecht im Abstand voneinander angeordneten waagerechten.
Unterlagsplatten 30 ausgerüstet, die, wie es bei 31 (Feg. 2 und 3) dargestellt
ist, gelocht sind. Rohrförmige Ausfließtüllern 32 erstrecken sich durch jede Platte,
wobei, wie dargestellt, die Tüllen von je zwei übereinander angeordneten Platten
vorzugsweise an diametral gegenüberliegenden Punkten angeordnet sind. Diese Tüllen
erstrecken sich etwas über ihre zugehörigen Platten, um darauf flüsGig@--keitsartig
gemachte Schichten körniger Körper von gewünschter Tiefe während der Arbeit des
Apparates herzustellen, und die nach unten ragenden unteren Enden der Tüllen sind
mit geeigneten Deckeln 34 (Feg. 2) versehen, die durch Federn 35 nachgiebig in geschlossener
oder nahezu geschlossener Lage gehalten werden und so eingerichtet sind, daß sich
die Tüllen unter dem Gewicht einer vorbestimmten Menge von in ihrem Innern angesammelten
Feststoffen öffnen. Mittels der Deckel kann die Arbeit des Apparates -zur Herstellung
flüssigkeitsartiger Schichten, körniger Körper auf den Platten; 3o begonnen werden,
ohne die Auslauftüllen aufzufüllen, -weil die Deckel ein Aufwärtsströmen der Gaise
oder Dämpfe durch die Tüllen verhindern, solange sie leer sind, und sich die Deckel
nur öffnen, nachdem sich ein Pfropfen von Feststoffen darin gesammelt hat; sie schließen
sich wieder, sobald die Feststoffe in der Tülle oder ein. vorbestimmter Teil derselben
aus den Tüllen nach unten ausgelaufen ist. Die Gase oder Dämpfe, die von unten aufsteigen,
können daher zu keiner Zeit frei durch die Tüllen streichen und die Plattenperforierungen.
umgehen; es ist also für die Gase oder Dämpfe keine Möglichkeit vorhanden, ihrer
Aufgabe, die Feststoffe auf den Platten 30 flüssigkeitsartig zu machen, auszuweichen;
noch ist irgendeine Gefahr vorhanden, daß ein Ausblasen der Schichten als Folge
plötzlicher Schwankungen der Geschwindigkeit der Gas- oder Dampfströme oder als
Folge von Änderungen bei der Zufuhr der körnigen Feststoffe auftritt.
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Beidem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das gerade beschrieben wird,
können die körnigen, Feststoffe, die zur Trocknung der Ofengase verwendet werden,
beispielsweise aus Kieselsäuregel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von
0,3 bis o,oz cm im Durchmesser bestehen: Diese körnigen Feststoffe werden dem Turm
21 von einem fülltrichterförmigen Behälter 38 über einen geneigten Durchlaß 39 zugeführt,
der in das obere Ende des Turmes über der obersten der perforierten Platten
30 führt; nachdem die körnigen Feststoffe durch alle drei Kammern 24, 25
.und 26 gelaufen sind, sammeln sie sich in dem trichterförmigen: Boden 4o des. Turmes,
von wo sie durch eine geneigte Leitung 41, die von einem Ventil 42 geregelt wird,
in einen .ansteigenden Gang 43 eines Lüfterstromkreises 44 auslaufen, dessen absteigender
Gang 45 ein geeignetes Gebläse 46 enthält. Der von dem Gebläse 46 erzeugte Luftstrom
oder Wind hebt die ausfließenden Körnchen in dem ansteigenden Gang 43 zu dem vorerwähnten
Fülltrichter 38. Dieser Trichter ist im Durchmesser ausreichend, größer als die
Leitung, die den ansteigenden Gang des Lüfterstromkreises bildet, um eine Expansion
zu erlauben und so eine Verzögerung des von dem Gebläse 46 erzeugten Luftstroms
in einem Maße herbeizuführen, in dem er die mitgeführten Kieselsäuregelkörnchen
nicht länger tragen kann. Diese Körnchen fallen daher auf den geneigten Boden 47
(Feg. 2) des Trichters 38, von wo aus sie den vorstehend beschriebenen geneigten
Durchlaß 39 hinuntergleiten und von neuem in den Turm 2 1 eintreten. Die von dem
Gebläse 46 in. den Trichter 38 gelieferte Luft wird der Einlaßöffnung des Gebläses
durch die Leitung 45 zugeführt.
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Es versteht sich, @daß andere Einrichtungen als der fülltrichterförmige
Behälter 38 gemäß der Erfindung zur Abtrennung der Körnchen. aus dem in. dem Lüftenstromkreis
kreisenden Luftstrom verwendet werden können.
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Wie bereits angedeutet, ist jedes Paar der übereinander angeordneten
Kammern 2q., 25 bzw. 25, 26 voneinander durch eine Ventilvorrichtung getrennt, die
,die körnigen Feststoffe von den. höheren zu den tieferen Kammern fließen lassen
kann, die aber den Austausch von Gasen, welche in, den einzelnen Kammern zirkulieren,
unterbindet. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, kann die Ventilvorrichtung 28 einen oberen
Trichter 5o aufweisen., der den Boden der oberen: Kammer 25 bildet und der in geeigneter
Weise an der Wand 22 des Turmes 21 befestigt äst, wie es dargestellt isst. Dieser
Trichter hat eine abwärts gerichtete rohrförmnige Verlängerung 5r, und in einem
begrenzten Abstand unter dem offenere Bodenende 52 der rohrförmigen Verlängerung
ist ein Deckel 5-3 angeordnet, der zweckentsprechend so eingerichtet ist, daß er
sich von dem offenen Bodenende 52 weiter weg oder näher daran bewegen kann. Konzentrisch
unter denn Trichter 5o und seinem Deckel 53 ist ein zweiter Trichter 5o' gleicher
Konstrukbion., der die Decke für die untere Kammer 26 (Feg. 3) bildet und einen
Deckel, 53' besitzt, der in einem begrenzten. Abstand unter dem offenen Bodenende
seiner abwärts gerichteten. rohrförmigen Verlängerung 52' angeordnet ist. Um den
Deckel 53' von seiner Lage an dem Bodenende 52' der Trichterröhre 51" weg und wieder
zurück zu schwenken, so wieder Deckel 53 von einer Stellung an der Bodenöffnung
52 der Trichterrdhre 5 r weg und wieder zurück geschwenkt wird, sind geeignete Einrichtungen
vorgesehen.; die Einrichtungen, die dem Deckel 53' die beschriebene Bewegung erteilen,
können hinsichtlich der Konstruktion den Einrichtungen: zur Verschwenkung des Deckels
53 gleich sein und von der gleichen Kraftquelle aus angetrieben werden, -aber die
beiden Einrichtungen zur Deckelbetätigung sollten in gegenläufiger Phase betätigt
werden, d. h., wenn der obere Deckel 53 sich der Öffnung der Trichterröhre
5 i nähert, sollte sich der untere Deckel 53' von der Öffnung der TTich:terröhre
5 r' entfernen, und umgekehrt. Demzufolge können die körnigen Feststoffe aus der
oberen
Kammer 25 durch den oberen Trichter 5o in den unteren Trichter
fließen, während der untere Trichter im wesentlichen geschlossen ist, und sie können
kurz danach durch den unteren. Trichter in die untere Kammer 26 ausfließen., während
der obere Trichter im wesentlichen geschlossen ist. Die beschriebene Vorrichtung
läßt also ,die Körnchen fortlaufend in zwei. Stufen aus der oberen, in die untere
Kammer fließen, ohne zu irgendeiner Zeit einen ungehinderten Weg zu bieten, durch
den die in den einzelnen Kammern kreisenden Gase frei miteinander in Verbindung
kommen könnten.
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Bei der Ausführung der Erfindung wird die beschriebene Vorrichtung
vorzugsweise so eingerichtet, daß die Deckel zu keiner Zeit die Bodenöffnungen ihrer
entsprechenden Trichter vollständig schließen, sondern in ihren geschlossenen Stellungen
einen. Abstand von den Bodenenden habeny der wenigstens gleich der größten Abmessung
der verwendeten Körnchen ist. Es ist gefunden worden, daß eine solche Anordnung
die Abriebgeschwindigkeitder Körnchen wesentlich- vermindert, weil die Körnchen
nicht zwischen den Enden der Trichterröhren und den Deckeln zerstoßen oder zerschnitten
werden können und doch kein merklicher Austausch von Gasen zwischen den getrennten
Behandlungskammern eintreten kann, denn, sellyst wenn ein Deckel einen, geringen
Abstand von dem Ende seiner zugehörigen Trichterröhre hat, fließen die Körnchen
nicht aus dem Innern der Röhre heraus, vorausgesetzt, daß der Deckel groß genug
ist, um den Körnchenhaufen, zu tragen, der sich von dem Ende der Trichterröhre mit
dem Böschungswinkel ausbreitet. Demzufolge sammeln sich in den Trichterröhren genügend
Körnchen an., um einen Verschluß zu bilden, der wirksam jedes Durchströmen der Gase
durch die Ventilvorrichtung verhindert, selbst wenn sie nicht vollständig geschlossen
werden können. Um sicherzustellen, daß sich ein solcher Verschluß in einem Trichter
gebildet hat, der gerade seine offene Phase beendet hat, bevor der andere Trichter
geöffnet wird, kann die beschriebene Deckelbetätigungsvorrichtu.ng so eingerichtet
sein, daß seine offenen Phasen merklich kürzer als seine geschlossenen Phasen sind,,
so daß sich die geschlossenen: Phasen der beiden eusammenarbeitenden Deckel in bemerkenswertem
Maße überlappen.
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Wie bereits angegeben, dient der in den Fig. 2 und 3 dargestellte
Apparat als Trockner für die Gase. Zu diesem Zweck ist die oberste Kammer 24 so
eingerichtet, daß sie den eigentlichen Feuchtigkeitsadsorptionsprozeß beherbergt;
das heißt, in dieser Kammer werden die hinabgehenden Körnchen des Adsorptionsstoffes
mit den die Kammer hinaufsteigenden. feuchtigkeitsbeladenen Gasen für eine genügend
lange Zeitdauer in Berührung gebracht, damit sie den in den Gasen enthaltenen Wasserdampf
vollständig ad,sorbieren können, während Vorkehrungen getroffen, sind, um in dieser
Kammer eine so niedrige Temperatur aufrechtzuerhalten, daß .der Adsorptionsprozeß
fies hoher Wirksamkeit gehalten wird. Die unteren Kammern 25 und 26 dienen dazu,
das erschöpfte Adsorptionsmittel für erneute Verwendung aufzufrischen; das heißt,
in der Mittelkammer 25 werden die getränkten Körnchen des Adsorptionsmaterials mit
heißen Gasen in Berührung gebracht, um ihre Temperatur zu erhöhen und so die adsorhierte
Feuchtigkeit auszutreiben, und in der dritten, und untersten Kammer 26 werden die
getrockneten Körnchen gekühlt, indem sie mit einem gasförmigen Kühlmittel in Berührung
gebracht werden, so, daß sie ihre Temperatur so weit erniedrigen, daß sie wirksam
als Adsorptionsmittel arbeiten.
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Vorzugsweise werden die heißen Verbrennungsgase zunächst in die Mittelkammer
25 geleitet, damit ihre Wärme ausgenutzt werden kann, die Feuchtigkeit aus den erschöpften
Kieselsäuregelkörnchen auszutreiben, die aus der Adsorberkammer 2q. durch die Ventilvorrichtung
27 in die Kammer eintreten. Wie bereits angegeben, werden die Ofengase in den Turm
2 1 durch eine Röhre 20 geleitet, die sie der Kammer 25durch einen Verteilerkopf
20d zuführt, der im Boden der Kammer (Fig. 3) angeordnet ist, von wo aus sie in
vielen Strömen durch die perforierten Platten 30 entgegen dem hinabgehenden
Strom der festen Adsorptionskörnchen nach der Decke der Kammer ansteigen, die durch
den unteren Trichter 50' der Ventilvorrichtung 27 gebildet wird, um durch eine Absaugleitung
77, die am oberen Ende der Kammer (Fig. i und 2) vorgesehen ist, auszutreten.
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Durch ein .geeignetes (nicht gezeichnetes) Gebläse, das zur Regelung
der in den Ofen gelieferten Verbrennungsluft dient wird die Geschwindigkeit der
in der Kammer 25 aufsteigenden Gasströme so geregelt, daß die der Kammer über die
Ventilvorrichtung 27 zugeführten Körnchen auf und über den verschiedenen in der
Kammer vorgesehenen, perforierten Platten 30 in einem Zustand dichten Fließeis
gehabten werden, wobei ein. begrenzter Teil derselben ununterbrochen in die Auslauftüllen
32 überläuft, von wo aus sie in die unteren Schichten fließen können.. Die Körnchen
des Adsorptionsmaterials können also den Boden der Kammer 25 erreichen, nachdem
sie mit den aufsteigenden Strömen der heißen Ofengase für eine ausreichende Zeitdauer
in inniger Berührung gewesen sind, um die Verdampfung der vorher adsorbierten Feuchtigkeit
herbeizuführen, so daß die Körnchen, die sich in dem oberen Trichter 5o der unteren
Ventilvorrichtung ä8 sammeln, gründlich getrocknet sind, während die aus ihren Poren
freigegebene Feuchtigkeit mit den- Ofengasen durch die Saugleitung 77 abgeführt
wird und mit diesen Gasen entweicht.
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Beim Durchstreichen der Behandlungskammer 25 haben sich die Ofengase
erheblich abgekühlt. Gase, die in die Kammer 25 bei einer Temperatur von etwa 2oo°
eingetreten sein mögen, können auf eine Temperatur von etwa iäo° abgekühlt sein.
Das ist noch zu heiß, um eine wirksame Adsorption ihrer Feuchtigkeit zu erlauben.,
wenn sie mit den trockenen festen Adsorptionsmitteln in Berührung
gebracht
werden, die durch die oberste Behandlungskammer des Turmes 21 gehen. Als nächster
Schritt müssen daher die Gase in irgend: einer geeigneten Weise gekühlt werden,
was sie nicht nur für eine wirksame Behandlung in der eigentlichen Trocknüngskammer
2,4 vorbereitet, sondern sie auch in der Tat veranlaßt, etwas von ihrer Feuchtigkeit
durch Kondensation abzugeben. Zu diesem Zweck ist die Saugleitung 77 so angeordnet,
.daß sie die feuchtfgkeitsbeladenen Gase in die obere Kammer 79 eines Turmes 8o
(Fig. i) leitet, wo sie einem Schauer einer Kühlflüssigkeit, wie Wasser, Sole od.
dgl., ausgesetzt werden. Zu diesem Zweck ist in dem oberen Ende der Kammer 79 ein
Flüssigkeitsverteiler 8i vorgesehen, und die Leitung 77 ist so angeordnet, ,däß
die feuchtigkeitsbeladenen Ofengase in die Kammer an dem unteren Ende derselben
ausströmen, so daß sie in der Kammer entgegen dem Schauer der Kühlflüssigkeit aufsteigen
können, - der von dem Flüssigkeitsverteiler 81 ausgeht. Uni einen innigen Kontakt
iwischen der Kühlflüssigkeit und den aufsteigenden:Gasen herzustellen; kann die
Kammer 79 mit' Füllkörpern, z. B. Raschig-Ringen, zerstoßenem Granit od. dgl., wie
es bei 82 angedeutet ist, voldgepackt sein, die auf einem über der Einlaßmündung
des Rohres 77 vorgesehenen Rost 83 ruhen. Wenn ' die feuchtigkeitsbeladenen Ofengase
durch hie Kammer 79 des Turmes 8o aufsteigen, werden sie durch Berührung mit dem
von'dem Verteiler 8i abgegebenen * Kühlmittel -gekühlt. Die Gase, die in die Kammer
mit einer Temperatur von etwa 12o° eintreten,' können beispielsweise auf eine Temperatur
von 26° abgekühlt werden, und demzufolge wird ein Teil des in den Gasen enthaltenen
Wasserdampfes kondensiert und sammelt sich mit der Kühlflüssigkeit am Böden der
Kammer 79, von wo aus sie ,durch einen Flüssigkeitsverschluß 86 in eine geeignete
Ablagerungsstelle ausgelassen werden kann. Es wird jedoch vorgezogen, die Flüssigkeit
zur Kühlung der Ofengase fortlaufend wiederzuverwenden, um den Verlust vonStickstoffoxyden
in- derKühlkammer möglichst klein zu halten. Wenn z. B-. Wasser als Kühlmittel verwendet
wird, reagiert das in den Ofengasen. enthaltene Stickstoffdioxyd gleich mit dem
Kühlwasser, um Salpetersäure -zu bilden., die sich in dem Kühlwasser löst
und mit ihm in Abfall gehen würde. Wenn jedoch das Kühlwasser fortlaufend wiederverwendet
wird, wird' sein Salpetersäuregehalt rasch einen Gleichgewichtspuhkt'erreichen,
wonach es den Ofengasen irgendwelche bemerkenswerten Mengen Stickstoffdioxyd nicht
weiter wird entziehen können.
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Zu diesem Zweck kann die sich auf dem Boden der Kühlkammer 79 sammelnde
Flüssigkeit @ über denFlüssigkeitsverschluß 86 in eineAüffrischungskammer 88 geleitet
werden; die in. dem Turm 8ö unter der Kühlkammer 79 (Fig. i) vorgesehen ist, wo
ein anderer Flüssigkeitsverteiler 89, der in dem oberen. Ende der Kammer angeordnet
ist, die Flüssigkeit über eine andere-geeignete Packung 9o verteilt, die auf einem
Rost 91 ruht und innigen Kontakt zwischen der Flüssigkeit, wenn sie durch die Packung
strömt, und einem aufsteigenden Strom von trockenem Kühlgas herstellt. Dieses Gas
kann in die Kammer 88 von einem Gebläse 92 über ein. Rohr 93 geliefert werden, das
in die Kammer nahe ihrem Bodenende mündet und in die Außenatmosphäre durch ein am
oberen Ende der Kammer. 88 angeordnetes Auslaßrohr 94 entweicht. Die gekhlte Flüssigkeit,
die sich am Boden der Auffrischungskammer 88 sammelt, wird durch einen weiteren
Flüssigkeitsverscbluß 95 in einen außen. angeordneten Kessel 96 abgezogen,
von. wo aus eine geeignete Pumpe 97 sie durch eine ansteigende Leitung 98 zu dem
Flüssigkeitsverteiler 81 der oberen Kammer 79 zurückführt. Die Anordnung ist vorzugsweise
derart, daß das trockene gasförmige Kühlmittel, das durch die Auffrischungskammer
88 streicht, einen solchen, Teil der durch die Kammer hinabgehenden Flüssigkeit
verdampft und abführt, daß die Gesamtmenge des flüssigen Kühlmittels, :das durch
den Turm 8o zirkuliert, im wesentlichen. gleichbleibt.
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Di Ofengase verlassen die Kühlkammer 79 durch eine in dem oberen Ende
derselben vorgesehene Leitung 99; um die Menge des Wassernebels zu begrenzender
mit den-Gasen fortgetragen werden kann, wenn sie die Kühlkammer verlassen., kann
eine Packung oder ein Filter eines geeignetem Materials, z. B. Glasfasern, über
der Packung 82, wie es bei 82" angedeutet ist, angeordnet sein.
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Wenn die Ofengase durch die Kühlkammer streichen, verlieren sie durch
Kondensation: etwas Feuchtigkeit, wie es bereits gesagt worden ist, aber sie sind
noch lange nicht trocken und müssen nun in der Adsorberkammer 24 -des Turmes 21
gründlich von. Feuchtigkeit befreit werden. Zu diesem Zweck führt die Leitung 99
die gekühlten Gase in das untere Ende der Adsorberkammer 24 ein, von wo aus sie
in vielen Strömen durch die Perforierungen 31 der Platten 30 (Fig. 2) aufsteigen,
während ein Strom von kalten trockenen Körnchen eines festen Adsorptionsmittels.,
wie Kieselsäuregel oder aktivierte Tonerde, sich in die Kammer von dem Trichter
38 aus ergießt und eine flüssigkeitsartige Schicht körniger Körper auf jeder Platte
30 bildet, 'wo-bei die Körnchen allmä'hlic'h durch die Tüllen 3-2 -von oben nach
unten in die Kammer 24 hinabwandern, wie es vorstehend beschrieben wurde. Das körnige
Adsorptionsmittel und die Ofengase sind eine ausreichende Zeitdauer innig in Berührung,
s o :daß das Adsorptio:nsmittel praktisch die ganze_-in den Gasen enthaltene Feuchtigkeit
adsorbieren kann.
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Während sowohl die Ofengase als auch das feste Adsorptionsm.ittel
auf eine genügend tiefe Temperatur eingeregelt werden, bevor sie in. die Adso:rptionskaminer
24 eintreten, ,damit der gewünschte Adsorptionsprozeß wirksam vor sich geht, bringt
der Adsorptionsprozeß Kondensation mit sich und gibt :daher Wärme in sich frei,
die die Temperatur des Adsorpbionsmaterials erhöht und so die Wirksamkeit der Trocknung
beeinträchtigt. Ein derartiger Temperaturanstieg ist besonders. in dien
oberen
Bereichen der Adsorberkammer schädlich, wo der Dampfgehalt der behandelten Gase
auf eine sehr niedrige Höhe abgefallen ist, so daß niedrige Temperaturen kritische
Bedeutung haben, um das feste Adsorptionsmittel instand zu setzen, die letzten Feuchtigkeitsspuren
aus dem Gas zu entfernen. Gemäß der Erfindung werden daher Wärmeaustauscher zwischen
den Platten der Adsorberkammer 24 vorgesehen, um dauernd die durch den Adsorptionsprozeß
erzeugte Wärme zu entfernen, und zwar so, daß die Gase in dem oberen Bereich der
Adsorptionskammer auf eine niedrigere Temperatur gekühlt werden.
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Wie sich aus den Fig. i und 2 ergibt, ist eine Batterie von Röhren
ioo, von denen jede so zu einer horizontal .angeordneten Doppelspirale mit einem
Gesamtdurchmesser gewickelt ist, daß sie in das Innere eines Turmes 21 paßt, in
allen außer dem obersten der Kammerabschnitte vorgesehen, die zwischen den übereinander
angeordneten Platten 30 .gebildet werden. Zehn solcher spiralig gen-undenen Rohrschlangen
ioo können ,dicht übereinander in einem einzigen Kammerabschnitt, wie es bei io5
in Fig. 2 dargestellt ist, angeordnet sein, und .die beiden Enden jeder Rohrschlange
treten parallel durch die Turmwandung 22 aus und sind mit den senkrecht angeordneten
Einlaß- und Auslaßverteilern 103 bzw. 104 verbunden.
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Bei der besonderen, in den Fig. i und 2 dargestellten Kühlanlage ist
das obere Ende des Aus" laßverteilers 104 jeder Rohrbatterie io5 durch ein Verbindungsrohr
io6 mit dem unteren Ende des. Einlaßverteilers 103 der nächsten unteren Röhrenbatterie
verbunden; das Kühlmittel tritt in die Anlage durch. eine Speiserohr 107 am unteren
Ende des Einlaßverteilers 103 an .der obersten Rohrbatterie 105 ein und wird
aus der Kühlanlage d uroh ein Saugrohr io8 abgesaugt, .das mit dem oberen Ende des
Auslaßverteilers io4 der untersten Rohrbatterie verbunden ist. Auf diese Weise werden
die oberen Abschnitte der Adsorberkammer 24, in welcher die körnigen Ad.sorptionsmittel
wirksam sein müssen, um die ansteigenden Ofengase von den Feuchtigkeitsspuren zu
befreien, durch das Kühlmittel in seinem frischesten und demzufolge wirksamsten
Zustand beliefert. Um den Unterschied in der Kühlung, .der in .den oberen und unteren
Kammerabschnitten herrscht, noch weiter zu betonen, kann,die Wärmeaustauscheranlage,
die durch die vielen. übereinander angeordneten Rohrbatterien io5gebildet wird,
in zwei oder mehr getrennte Kühlkreise (Fig. i) unterteilt werden, wobei die oberen
Kreise so angeordnet sind, daß sie wirksamere Kühlmittel als die unteren Stromkreise
führen. Es kann also Wasser aus einer gewöhnlichen Wasserleitung durch die Rohrbatterien
in den vier untersten Kammerabschnitten geleitet werden, während besonders gekühltes
Kühlwasser in den Rohrbatterien verwendet werden kann, die in den drei obersten
Kammerabschnitten vorgesehen sind. Zu diesem Zweck kann .der Verteiler der drei
obersten Schlangenbatterien zu einem geschlossenen Kühlwasserstromkreis i 1o verbunden.
werden, der eine Pumpe iio" enthält, die das Wasser ununterbrochen durch einen Auffrischungstank
oder Behälter iiob pumpt, in dem eine Kühlschlange iio, untergebracht ist, die einen
Teil eines (nicht gezeichneten) Difluor.dichlormethan-Kompressorstromkreises bilden
kann.
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Die innige Berührung zwischen den aufsteigenden Ofengasen und dem
hinabgehenden Strom der Körnchen bei den so in der Adsorberkammer 24 hergestellten
Temperaturbedingungen bewirkt, .daß der ganze Wasserdampf aus diesen Gasen praktisch
entfernt wird. In einer Kammer -mit nicht mehr als acht flüssigkeitsartigen Schichten
der beschriebenen Art kann :somit .der Taupunkt der Stickstoffoxyd enthaltenden,
aus einem Wisconsin-Stickstoffverbrennun.gsofen entströmten Gase von etwa 26,6 bis
auf -51° erniedrigt werden.
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Die trocknen Ofengase verlassen die Ad.sorbeirkamMer 24 an ihrem oberen
Ende durch eine Leitung i 14, die sie durch einen Zyklon i 15 (Fig. i) führt,
in dem die Körnchen des Adsorptionsmaterials, die von den Gasen mitgeführt worden
sein können, zurückgehalten werden und von wo aus die Körnchen zwecks erneuter Verwendung
durch ein Ventil 116 erhalten werden können, das am Bodenende desselben vorgesehen
ist, um den Verlust von Adsorptions.mitteln möglichst klein zu halten. Die feuchtigkeitsbeladenen
Körnchen, die den Boden der Adsorberkammer 24 erreichen, gelangen jedoch durch das
bereits beschriebene Ventil 27 in die Regeneratorkammer 25, wo sie von der in ihren
Poren angesammelten Feuchtigkeit durch Berührung mit den heißen Ofengasen. befreit
werden, wie es bereits beschrieben wurde. Aus der Regeneratorkam.mergelangen die
trocknen Körnchen durch das Ventil 28 in .die Bodenkammer 26, wo sie ii:n Form einer
beweglichen Schicht mit einem gasförmigen Kühlmittel in Berührung gebracht werden,
um ihre Wirksamkeit al,s Adsorptionsmittel wiederherzustellen. Bei der besonderen
Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den Fi.g. i und 3 dargestellt ist, ist
der untere Teil 40 der Kammer 26 als schlanker Kegel ausgebildet, und an der Außenseite
des Kegels ist ein senkrecht liegender Einlaßverteiler i i9 angeordnet, der mit
mehreren waagerechten Abzweigrohren 120 versehen ist. Diese Abzweigrohre erstrecken
sich durch den Bodenteil 40 .der Kammer 26, und jedes .der Abzweigrohre ist im Innern
der Kammer mit mehreren abwärts ;gerichteten Öffnungen 121 versehen, .durch ,die
kühle trockne Luft in die Kammer 26 eingeführt werden kann. Die Luft steigt im Gegenstrom
durch die abwärts wandernde Schicht der Körnchen auf und ad.sorbiert ihre Wärme,
so daß die Körnchen, die in die abwärts gerichtete Rohrverlängerung 122 des kegelförmigen
Turmbodens 40 gelangen, richtig gekühlt werden. Aus der rohrförmigen Verlängerung
122 .gleiten die abwärts wandernden kühlen, trocknen Körnchen. längs des bereits
erwähnten geneigten Durchganges 41 in den hinaufgehenden Zweig 43 des Lüfterstromkreises
und werden über den Kühltrichter 38 zum oberen Ende des. Trocknungsturmes 21 zurüCkgeführt,
wie
es bereits beschrieben wurde, während die durch .die Rohre i2o eingeführte Luft
in die Außenatmosphäre durch einen Zyklon 1.23 entweichen kann, der an dem oberen
Ende der Kammer 26 unmittelbar unter dem unteren Trichter 50' des Ventils. 28 angeordnet
ist und der irgendwelche Körnchen des Adsorptionsmaterials, die in, der Kühlluft
mitgeführt werden, zurückhalten kann. Es versteht sich, daß, wenn .auch die Kühlung
in der untersten Kammer 26 so beschrieben worden ist, daß .die Körnchen durch .diese
Kammer in Form einer abwärts wandernden Schicht fließen, die Kammer 26 auch mit
mehreren übereinander angeordneten perforierten Platten, ähnlich den Kammern 24
und 25, ausgestattet sein kann und die notwendige Berührung zwischen den festen
Körnchen und den gasförmigen Kühlmitteln in Form von zahlreichen übereinander angeordneten
flüssigkeitsartig gemachten Schichten erfolgen kann.
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Der oben beschriebene Turm 21 ist eine selbständige Trocknereinheit,
in der die feuchten Gase wirksam mit Hilfe einer verhältnismäßig beschränkten Menge
eines fortlaufend wiederzugeführten körnigen Adsorptionsmittels getrocknet ,verden
können. Weil das körnige Adsorptionsmnttel mit den Gasen in Form von zahlreichen
flüssigkeitsartig gemachten Schichten in Berührung gebracht wird und verhältnismäßig
große Korngrößen verwendet werden, die eine Zuführung der Gase in den Turm mit einer
Geschwindigkeit in der Größenordnung von 152 cm pro Sekunde (gemessen in unbehinderten
Teilen des Turmes bei i5,5° und einem Druck von i Atmosphäre) ohne Beeinträchtigung
des richtigen Gegenstroms :des festen Adsorptionsmittels erlaubt, wird die Trocknung
in. kleinstem Raum bewirkt, .so daß Apparate von verhältnismäßig kleinen Abmessungen
große Gasvolumina behandeln können, wo früher fünfmal so große Apparate notwendig
waren. Bei einem erfindungsgemäß konstruierten Apparat, der eine Gesamthöhe von
nur i 16,7 cm und einen Durchmesser von nur 35,5 cm hat und bei dem neun Platten
in der Adsorherkammer und sechs Platten in der Regeneratorkammer vorgesehen sind
und der in Verbindung mit einem Kühlturm .der vorbeschriebenen Art arbeitet, ist
es möglich, die feuchten, ausströmenden Gase eines Wisaonsin-Sbickstoffverbrennungsofens
mit einer Geschwindigkeit von 9,34 n13 pro Minute von einem Taupunkt von 26,6° auf
einen Taupunkt von -51° zu trocknen. Als zusätzlicher Vorteil von großer Bedeutung
ist gefunden worden, .daß entgegen .den Erwartungen die verhältnismäßig große Abmessung
.der verwendeten Körnchen und ,die hohe Geschwindigkeit .der Gasströane, die .durch
die Verwendung von Körnchen, solcher Größe ermöglicht wurde, nicht merklich :das
Abriehmaß des Adsorptionsmaberiels über .das Ahriebmaß vergrößert, das bei staubförmigen
Teilchen angetroffen wird, welche gewöhnlich bei den bisher bekannten Verfahren
mit Fließberührung verwendet werden; infolge des Aufbaues der Ventilvorrichtungen,
die erfindungsgemäß zwischen den einzelnen Kammern des Trocknungsturmes vorgesehen
sind, und auch infolge .des geschlossenen Lüfterstromkreises, der in Verbindung
mit dem Turm angewendet wird, i@s.t das Abriebmaß der körnigen Feststoffe im allgemeinen
äußerst niedrig, und die Möglichkeit der Pulverisierung des Adsorptionsmaterialswird
auf einem Kleinstmaß gehalten.
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Nachdem .die kühlem und trocknen, Stickstoffoxyd enthaltenden Ofengase
.durch den Zyklon. i 15 gegangen sind, führt sie eine Leitung r25 zu einer anderen
Behandlungsstufe 130, in der durch Katalysatoren die Oxydation des Stickoxydes
in Stickstoffdioxyd erfolgt. Zu diesem Zweck werden die Ofengase von unten. durch
eine Reihe von übe..reinander angeordneten Behandlungskammern rar und r32 geleitet,
von: .denen jede eine Schicht 133
bzw. 134 aus Körnern eines; geeigneten Katalysators,
wie aktivierter Holzkohle oder adsorbierenden Kieselsäuregele, enthält und die eine
Höhe von io,i6 bis r5,24cm und einen Durchmesser von etwa 76,2 cm haben, wobei die
einzelnen Körnchen vorzugsweise eine Größe haben, daß sie durch ein Sieb mit einer
Maschenweite von 4,7 bis 3,3 mm hindurchgehen. Diese Katalysator:schichtenarbeiten
ununterbrochen und bedürfen keiner Reaktivierung. Die Oxydation des Stickoxyds in
Stickstoffdioxyd in jenen Schichten macht jedoch erhebliche Wärmemengen frei, und
eine Batterie von Wärmeaustauschschlangen r35, die in ihrer Konstruktion den Schlangenbatterien
io5 in der Adsorberkammer 25 des Turmes 21 ähnlich und mit einer Wasserleitung verbunden
sind, kann daher in der Rohrleitung 136 vorgesehen sein, .die von der .unteren Katalysatorkammer
131 zu der oberen Katalysatorkammer 132 führt. In ähnlicher Weise kann eine
weitere Batterie von Kühlschlangen 137, die in. den vorbeschriebenen Kühlwasserstromkreis
i io eingeschaltet ist, in einer Rohrleitung 138 vorgesehen sein, die an dem Auslaßende
der oberen Katalysatorkammer i32 angeordnet ist und durch die die Ofengase die obere
Katalysatorkammer verlassen, so daß die Ofengase gründlich gekühlt «erden, bevor
sie in einen anderen Behandlungsturm 140 (Fig. 4 und 5) geleitet werden, der in
seiner Konstruktion dem vorbeschriebenen Txocknungsturm 21 ähnlich ist und in dem
die Gase mit einem anderen Strom körnigen Adsorptionsmaterials -in Berührung gebracht
werden, um den Stickstoffdioxydgehalt des: Gasgemisches von den übrigen Bestandteilen,desselben
abzutrennen.
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Der Stickstöffdioxydadsorberturm 140 ist rohrförmig und hat eine äußere
Wandung 141; obwohl er .drei verschiedene Behandlungszonen. beherbergt, ist sein
Inneres in nur zweigetrennte Kammern, 142 und 143 durch eine Ventilvorrichtung 145
geteilt, die die körnigen Feststoffe durchläßt, aber den Gasaustausch zwischen den
Kammern unterbindet und dieselbe Konstruktion wie die Ventilvorrichtungen 27 und
28 des Turmes 21 haben kann oder die, wie in Fig. i bei 145 und in größerer Darstellung
in Fig. 5 dargestellt, konstruiert sein kann.
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Die abgeänderte Ventilvorrichtung 145, die in Fi:g. 5 dargestellt
-ist, weist einen Trichter 146 auf,
der an der zylindrischen Wandung
141 .des Turmes 140 zweckentsprechend befestigt ist und, mit seinem auseinandergehenden
Ende den Boden der oberen Behandlungskammer 142 bildet. Dieser Trichter hat, wie
dargestellt, die übliche rohrförmige Trichterverlängerung 147, aber während diese
Rohrverlängerung einen anfänglich abwärts gerichteten Gang 148 hat, ist sein unteres
Ende seitwärts abgebogen, um einen ,seitlich abschüssigen Gang 149 zu .bilden, der
wiederum in Form eines Knies ,aufwärts gebogen isst, um einen aufwärts gerichteten
Endigang 15o zu bilden, der in die untere Behandlungskammer 143 in einer Höhe im
wesentlichen unter dem Eintrittspunkt der rohrförmigen Trichterverlängerung ausläuft.
Ein Kanal 151 kleinen Durchmessers führt in den abwärts gerichteten Gang 148 des
Trichterrohres 147 in den Bereich, wo es in den seitlich abschüssigen Mittelgang
149 mündet; der Kanal 151 führt eine geringe Menge des Gases, das .durch die obere
Kammer z42 in jene Röhre strömt, während ein, anderer Kanal 152 kleinen Durchmessers
in die Röhre 147 in den Bereich führt, wo sein Endgang 150 von: dem seitlich abschüssigen
Mittelgang 149 aus ansteigt, und er führt eine begrenzte Menge .des Gases, das durch
die untere Behandlungskammer 143 in die Röhre 147 gelangt.
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Die durch die obere Behandlungskammer 142 hinabgehenden Körnchen werden
im Betriebe in dem Trichter 1:16 gesammelt und fließen in den abwärts gerichteten
Gang 148 der rohrförmigen Trichterverlängerung. DerGasstrom, der durch den Kanal
151 in .den abwärts gerichteten Gang an seinem unteren Ende eingeblasen wird, ist
nicht stark genug, die Körnchen in die obere Behand: lungskammer zurückzublasen,
aber kräftig genug, um die hinabgehenden Körnchen in einem flüssigkeitsartigen Zustand
zu halten. Demzufolge fallen die Körnchen in lockerem Zustand durch den .abwärts
gerichteten Gang der Röhre 147 und gleiten danach: entlang .seinem seitlich geneigten
Mittelgang 149 zu seinem untersten Punkt, wo der in das Trichterrohr 147 .durch
den Kanal 152. eingeblasene Gasstrom sie in diesem lockeren Zustand hält, so daß
.sie mit dem zweiten Gasstrom durch den -aufwärts gerichteten Gang 15o des Trichterrohres
zu seinem oberen Ende .aufsteigen können, von wo aus sie in die untere Behandlungskammer
143 überlaufen, und zwar ganz so, wie eine Flüssigkeit von einem oberen Spiegel
durch ein umgekehrtes knieförmiges Rohr der beschriebenen Art fließt. Die Körnchen,
die durch den Turm 140 fallen, können also in ununterbrochenem Strom aus der oberen
Behandlungskammer 142, durch die beschriebene Ventilvorrichtung 145 in die untere
Behandlungskammer 143 gelangen, ohne daß irgendein merklicher Austausch von Gasen
zwischen den einzelnen Behandlungskammern möglich ist; denn der Gasstrom, der in
die Röhre 147 durch den Kanal 151 eingeblasen wird, kehrt zu der oberen Kammer durch
den Einleitungsgang 148 jener Röhre zurück, während der Gasstrom, der in die Röhre
147 durch den Kanal 152 eingeblasen wird, zur unteren Kammer durch den Endgang der
Röhre zurückleh.rt, wobei eine verhältnismäßig dichte Masse der Körnchen seinen
abschüssigen Mittelgang 149 hinabgleitet, in dessen Bereich zwischen den obenerwähnten
Gasströmen Windstille herrscht, wodurch ein befriedigender Gas.trennungsverscbluß
gebildet wird.
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Die obere und größere der beiden Kammern, in die der Behandlungsturm
140 .durch die oben beschriebene Ventilvorrichtung 145 geteilt ist, besitzt achtzehn
übereinander angeordnete Platten 155, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, die ebenso
wie die Platten 30 des Trocknunigsturmes 21 konstruiert sind und Auslauftüllen 156
haben, deren untere Enden nachgiebig durch Deckel 157 abgeschlossen sind, wie es
aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. Eine Leitung 159 führt die kühlen Stickstoffdioxyd
enthaltenden Ofengase in( die obere Behandlungskammer an ihrem unteren Ende ein,
wie in Fig. 1 dargestellt, von wo aus. sie durch die Perforierungen der Platten
155 @gegen den hinabwandernden Strom der Körnchenkörper aufsteigen, die begierig
Stickstoffdioxyd ad.sorbieren, wie Kieselsäuregel, Adsorptionskohle oder Titandioxydgel.
Diese körnigen Adsorptionsmittel haben vorzugsweise wieder eine Größe von etwa o,oi
bis 0,3 cm im Durchmesser und treten in deni Turm 140 in einem endlosen Strom an
seinem oberen Ende durch einen geneigten Durchgang 16o aus einem fülltrichterartigen
Behälter 161 ein., der einen Teil des Lüfterstromkreises 162 bildet; dieser Lüfterstromkreis
kann ebenso wie der Lüfterstromkreis 44 konstruiert sein, der dem Trocknungsiturm
21 zugeordnet ist. Infolge der innigen Berührung, die durch ,die beschriebene Anordnung
zwischen .den aufsteigenden Ofengasen und dem hinabwandernden Strom des körnigen
Adsorptions-mittels in Form von achtzehn übereinander angeordneten flüssigkeitsartig
gemachten Schichten hergestellt wird, entzieht das körnige Adsorptionsmittel den
Stickstoffdioxydgehalt den Gasen, wobei die stickstoffdioxyd@beladenen Teilchen
durch die beschriebene Ventilvorrichtung 145 in die untere Kammer 143 gelangen,
während die von Stickstoffdioxyd befreiten Gase aus der Kammer 142 durch eine Leitung
164 an dem oberen Ende derselben entweichen, die sie über einen Zyklon 165 führt,
um die etwa darin mitgeführten Körnchen des, Adsorptionsmaterials zu ,gewinnen.
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Während die Stickstoffdioxyd enthaltenden Gase, die in die Kammer
142 an dem Boden derselben eingeleitet werden, infolge der Wirkung .der Kühlschlangenbatterie
137 in der Rohrkammer 138, xvie es vorstehend beschrieben wurde, gehörig gekühlt
werden, macht die Stickstoffdioxydadsorption erhebliche Wärmemengen frei; um die
Adsorptionsmittelkörnchen in der Adsorberkammer 142 bei einer zweckentsprechend
niedrigen Temperatur zu halten, bei der die Adsorptiongünstig vonstatten geht, sind
Batterien von Wärmeaustaus-chschlangen 166 zwischen allen außer mehreren der obersten
Deckplatten 155 angeordnet, wie es in den Fig. 1 und 4 dargestellt ist. Die Kühlschlange
Zoo' dieser
Batterien kann ebenso wie die Kühlschlange ioo der
Wärmeaustauscherbatterie io5 in der Adsorberkammer 24 des Trocknungsturmes 2i konstruiert
sein, aber um in der Kammer z42 des Stickstoffdioxydgewinnungsturmes 140 eine gleichmäßige
Temperatur herzustellen, können die Platten 155 in jener letzterwähnten Kammer in
einem geringeren Abstand voneinander .als die Platten 3o der Kammer a4 angeordnet
sein, so daß die einzelnen Abschnitte der Kammer 142 geringere senkrechte Tiefe
als die entsprechenden Abschnitte der Kammer 24 haben; die Wärmeaustauscherbatterien
166, die in den Abschnitten der Kammer 1423 vorgesehen sind, haben .daher eine geringere
Anzahl von Rohrschlangen als die Batterien io5, wie es in FinG. 4 gezeigt ist, wo
jede Batterie 166 aus nur sechs übereinander angeordneten Kühlschlangen ioo' besteht.
Wie bei den Wärmeaustauscherbatterien Ios sind .die einzelnen Rohrschlangen ioo'
jeder Wärmeaustauscherbatterie 166 an Einl.aß- und Auslaßverteilern angeschlossen,
die jede Rohrbatterie in parallelen Paaren flankieren. Die Wärmeaustauscherbatterien
in. Kammer 142 sind vorzugsweise mit dem vorerwähnten Kühlwassersystem iio verbunden
und können zu diesem Zweck in Paaren angeordnet .sein, die zweckentsprechend, '
-durch ,die Rohre io6' verbunden sind, wobei jedes der so miteinander verbundenen
Paare an senkrecht angeordneten Einlaß- und Auslaßanschlü@ssen 167" bzw. 167b angeschlossen
ist, die wiederum an die vorbeschriebene Umlaufpumpe iioa und den Auffrischungstank
I Iob der Kühlwasser anlage i io (Fi;g. i) angeschlossen .sind.
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Wie bereits angegeben, gelangen die mit Stickstoffdioxyd beladenen
Adsorptions.mittelkörnchen durch die Ventilvorrichtung 145 @in die untere Behandlungskammer
143. Dort werden sie durch Berührung mit einem heißen Gas erhitzt, um das adsorbierte
Stickstoffdioxyd frei zu machen. Damit das Stickstoffdioxyd in verhältnismäßig konzentrierter
Form gewonnen werden kann, wird dazu vorzugsweise heißes Stickstoffdioxyd oder ein
Gasgemisch mit einem hohen Anteil an Stickstoffdioxyd verwendet. Wie aus F.ig. i
ersichtlich, drückt eine dauernd arbeitende Gaspumpe 168 eine geeignete Menge eines,
gasförmigen Heizmittels durch die Wärmeaustauscherschlange 169, wo es auf eine angemessene
Temperatur, wie z. B. 200°, erwärmt wird. Die WärmeaustauscherschIange 169 kann
in irgendeiner geeigneten Weise erhitzt werden, aber aus Gründen; der Wirtschaftlichkeit
wird vorgezoa n, dieWärme der ausströmen:denVerbrennungsgase des Stickstoffverbrennungsofens
für diesen Zweck auszunutzen. Dazu kann die vorerwähnte Leitung 2o die heißen Ofengase
durch eine Heizka:mnmer 170 führen, in der die Wärme@austauscherschlange r69 angeordnet
ist, bevor sie in die Mittelkammer 25 des Trocknungsturmes 2i, wie .bereits beschrieben
wurde, geleitet werden. Aus der Wärmeau.stauscherschlange 169 wird das erhitzte
Mittel über eine Leitung 171 in die Desorptions.kammer 143 leitet, wo es aus einem
geeigneten Verteilerkopf 172, der am Ende der Leitung 171 angeordnet ist, in vielen
Strömen entgegen dem hinabwandernden Strom der mit Stickstoffdioxyd beladenen Adsorptionskörper
aufsteigt. Um -eine so innige Berührung zwischen den Körnchen und dem heißen Mittel
sicherzustellen, daß die richtigeWärmeübertragung von dem Mittel auf die Körnchenkörper
mit einem Kleinstmaß an Raum und Zeit befördert wird, ist, wie dargestellt, in der
Kammer eine geeignete Zahl von übereinander angeordneten Platten 155 vorgesehen,
um den erforderlichen Kontakt in Form der flüssigkeitsartigen Schichten herzustelden.
Nachdem das Heizmittel durch alle in der Desorption:skammer 143 angeordneten Platten.hindurchgebangen
ist, kann es .durch einen Zyklon 174, der irgendwelche mitgeführten Teilchen des
Adsorptionsmaterials zurückhält, entweichen. Aus, dem Zyklon 174 wird das. Mittel
durch eine Leitung 175 zu dem Einlaß der Gaspumpe I68 zurückgeführt, die es von
neuerri durch die Wärmeaustauscherschlange und die Adsorberkammer 143 schickt. Da
.die durch die Kammer 143 hinabwandernden Körnchen durch Berührung rrbit dem Heizmittel
erwärmt werden, geben sie das vorher adsorbierte Stickstoffdioxyd als Gas frei,
das die Menge des Gasstroms vergrößert, der durch die Desorptionskammer und die
Wärmeaustauschschlange zirkulierst. Wie in Fig. i gezeigt ist, ist ein Entlastungsventil
176, das .bei einem vorbestimmten Druck öffnen kann, an einem geeigneten Punkt des:
beschriebenen Kreislaufsystems vorgesehen; da der in dem System herrschende Druck
infolge des Anwachsens der darin zirkulierenden Menge des Mittels ansteigt, öffnet
das Ventil 176 und läßt einen Teil des, Mittels aus dem System heraus. In Abhängigkeit
von der Natur des anfänglich verwendeten gasförmigen Heizmittels besteht das überschüssige
Mittel, .das aus der beschriebenen Anlage durch das. Entlas,tungsventil176 abgeblasen
oder entnommen wird, aus mehr öder weniger konzentriertem Stickstoffdioxyd, das
zu einem Kondenser -geleitet werden kann, um verflüssigt zu werden, oder in einen
Wasserturm zur Umwandlung in Salpetersäure geleitet werden kann.
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Die senkrechte Länge der Desorptionskammer 143 und die Zahl der darin
gebildeten flüssigkeitsartigen Schichten sollte mit Bezug auf die Temperatur, bei
der das desorbierende Mittel durch die Heizkammer 170 gehalten wird, so gewählt
werden, daß die kühlen, mit Stickstoffdioxyd beladenen Körnchen., die durch das
Ventil 145 eintreten, beim Herabwanderndurch die Kammer 143 gründlich auf die richtige
Desorptionstemperatur erwärmt werden, so daß ein maximaler Anteil des in der oberen
Kammer 142 adsorbierten Stickstoffdioxyds aus den Körnchen freigegeben wird, bevor
s,ie das trichterförmige Bodenende 177 der Kammer 143 erreichen. Gewisse Spuren
von Stickstoffdioxyd können jedoch noch in den Poren der heißen Körnchen zurückgehalten
sein, die in die Rohrverlängerung 178 des Trichters 177 gleiten, und daher kann
eine kleine Menge eines gasförmigen Reinigungsmittels, wie Luftdauernd in die Trichterröhre
178 am Bodenende derselben durch ein Einlaßrohr 179
eingeführt
werden, das mit einer Anzahl von Auslaßöffnungen i8o, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist, versehen ist. Beim Aufsteigen in dem Trichterrohr 178 fegt dieses :Mittel
in enger Berührung mit den hinabwandernden Körnchen des Adsorptionsmaterials die
letzten Spuren von Stickstoffdioxyd aus den Körnchen heraus und vereinigt sich mit
dem Strom des gasförmigen Desorptionsmittels, das, wie bereits beschrieben, durch
die Desorptionskammer 143 zirkuliert. Durch richtige Bemessung der Menge des in
die Kammer 143 durch .das Trichterrohr 178 eingeführten Reinigungsmittels kann der
Konzentrationsgrad des Stickstoffdioxyd enthaltenen Gasgemisches, das aus der Desorptionskammer
143 durch das Entlastungsventil 176 gewonnen, wird, auf einer ausgewählten Höhe,
wie z. B. 30'/0, gehalten werden.
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Aus der Rohrverlängerung 178 des Trichters 177 rutschen die entladenen
Körnchen des Adsorptionsmaterials durch einen von einem Ventil 182 geregelten geneigten
Durchgang 181 in den ansteigenden Zweig 183 der vorerwähnten Lüfterstromkreises
I62, in dem der Wind eines Gebläses 184 sie zu dem Trichter 161 hebt, von wo aus
sie durch den vorerwähnten Durchgang 16o in das obere Ende des Behandlungsturmes
140 rutschen.
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Die Körnchen des Adsorptionsmaterials, die so zu dem oberen Ende des
Behandlungsturmes 140 zurückgekehrt sind, sind von der Berührung mit dem heißen
Desorptionsmittel noch heiß, und obwohl sie von dem vorher adsorbierten Stickstoffdioxyd
befreit sind, sind sie deshalb noch nicht imstande, den Stickstoffdioxyd-gehalt
aus den Ofengasen zu adsorbieren, die ununterbrochen in der oberen Kammer i42 .des,
Behandlungsturmes, 140 aufsteigen. Daher sind Einrichtungen vorgesehen, um die Körnchen
auf die richtige Temperatur zu kühlen, bei :der sie wirksam als Adsorptionsmittel
arbeiten können, bevor sie mit den Ofengasen in Berührung kommen, die bedeutende
Mengen Stickstoffdioxyd enthalten. Zudiesem Zweck ist die obere Kammer 142 des Turmes
14o beträchtlich länger und hat eine erheblich größere Anzahl von Deckplatten und
Wärmeaustauschern als die entsprechende Kammer 24 des Trocknungsturmes 21 (Fig.
i). Infolge der innigen Berührung, die in dem unteren Bereich der Kammer 142 zwischen
.den kühlen von unten aufsteigenden Stickstoffdioxyd enthaltenden Ofengasen und
den von oben herabwandernden Ad.sorption.skörpern hergestellt wird, haben diese
Gase praktisch alles ursprünglich darin enthaltene Stickstoffdioxyd während der
Zeit abgegeben, in der sie etwa drei Viertel der Höhe der Kammer 142 passiert haben.
Dadurch, daß die Höhe der Kammer 142 über die Strecke vergrößert worden ist, die
für die Adsorption des praktisch gesamten ursprünglich in den Gasen enthaltenen
Stickstoffdioxyds erforderlich ist, wird erfindungsgemäß eine Zone über der Stickstoffdioxydadsorptionszone
der Kammer geschaffen, in der die her-abwandernden Teilchen des Ad-sorptionsimaterials
angemessen dadurch gekühlt werden, daß sie auf den fünf obersten Platten 155 der
Kammer 142 in Gestalt von flüssigkeitsartigen Schichten mit den kühlen und im wesentlichen
stickstoffdioxydfreien Ofengasen, die dauernd von unten aufsteigen, in Berührung
gebracht werden. Gemäß der Erfindung ist daher der durch den Turm 140 gebildete,
sich selbst auffrischende Stickstoffdioxydgewinnungsapparat so eingerichtet, daß
seine drei Phasen, nämlich i. die Adsorption des Stickstoffdioxyds, 2. .die Desorption
des Stickstoffdioxyds und 3. die Kühlung der Adisorptionsmittelkörnchen, in nur
zwei Behandlungskammern durchgeführt werden, so daß nur eines der Ventile 145 erforderlich
ist.
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Die verarmten Ofengase, die zur Kühlung der herabwandernden Körnchen
des Adsorptionsmaterials in der oberen Zone der Kammer 142 benutzt worden sind,
sind äußerst trocken und können wirksam benutzt werden, um die Auffrischung der
in dem vorstehend beschriebenen Kühlturm 8o benutzten Kühlflüssigkeit zu unterstützen.
Aus diesem Grunde kann eine Leitung 185 die Gase aus dem Zyklon 165 an der Oberseite
des Turmes 14o durch einen zusätzlichen Wärmeaustausoher 185" in die bereits genannte
Leitung 93 leiten, durch welche das vorerwähnte Gebläse 92 das gasförmige Kühlmittel
in die Kühlflüssigkeitsauffrischungskammer 88 des Turmes 8o .drückt. Außerdem kann
ein Teil der trockenen. Gase, die aus dem oberen Ende des Turmes 140 ausgelassen
und durch den Wärmeaustauscher 185Q geleitet werden, von einer Gaspumpe 186 durch
eine Zweigleitung 187 in den Verteiler i i9 geschickt werden, der sie über die vielen.
Zweigrohre i2o in die Bodenkammer 26 des Trocknungsturmes 21 leitet, wo sie als
Kühl- und Trocknungsmittel für die Körnchen .des in dem Turm 21 verwendeten Adsorptionsmaterials
dienen,. Außerdem kann eine weitere Gaspumpe 188 angeordnet werden, .die eine kleine
Menge der trocknen Gase, die aus der Stickstoffdioxydadsorption.skammer des Turmes
i4o ausgeströmt sind, durch eine andere Zweigleitung 189 und das vorher erwähnte
Einlaßrohr 179 in das Trichterrohr 178 am Boden der Stickstoffdioxyddesorption:skammer
143 drückt, wo sich die Gase infolge der Berührung mit den durch das Rohr hinabwandernden.
heißen Körnchen des Adsorptionsmaterials rasch aufwärmen und, so erwärmt, als Reinigungsmittel
für die Körnchen in der vorstehend beschriebenen Weise wirken.