Zyklon zur Gasanreicherung Cyclone for gas enrichment
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zyklon zur Gasanreicher ung von Gasgemischen unterschiedlicher Dichte, insbesondere zur Erhöhung des Sauerstoffsgehaltes von Luft. Diese Gasanreicherung bewirkt eine höhere Konzentration des anzureichernden Gases nach Verlassen des Zyklons, wodurch bei nachfolgenden Reaktionen dieses Gases günstigere Prozeß daten erzielt werden. Insbesondere bei Anreicherung von Luft mit Sauerstoff werden bei anschliessender Verbrennung bessere Brennverhältnisse erreicht und zugleich der Anteil an Schadstoffen in den Abgasen gemindert.The invention relates to a cyclone for gas enrichment of gas mixtures of different densities, in particular for increasing the oxygen content of air. This gas enrichment causes a higher concentration of the gas to be enriched after leaving the cyclone, which means that more favorable process data can be obtained in subsequent reactions of this gas. Particularly when enriching air with oxygen, better combustion conditions are achieved with subsequent combustion and at the same time the proportion of pollutants in the exhaust gases is reduced.
Die Gasanreicherung wird heute vornehmlich durch Adsorbtion und Absorbtion von unerwünschten Bestandteilen in speziellen Gasreinigungsapparaturen (Zyklonen, Zentrifugen, Venturi Wäschern, ect.) bewirkt. Die dabei verwendeten Hilfsmedien, welche die unerwünschten Bestandteile aufnehmen, werden mit Hilfe von Schwerkraft oder mittels anderer Energiefelder (elektrostatisch, ect.) zurückgehalten. Bei festen Filtern mit Hilfsmedien werden diese periodisch ausgetauscht. Der Wissensstand auf dem Gebiet der Gasanreicherung, das aus einer anderen Sicht als Gasreinigung aufgefaßt werden kann, ist z.B. in einem Aufsatz von Prof. Dr. H. W. Thoenes dargestellt (H.W.Thoenes: Entwicklungstendenzen in der Umweltschutztechnologie, in Technische Mitteilungen, 73. Jahrgang, Februar 1980, Heft 2, S. 101). In diesem Beitrag, der sich auch mit der Abscheidung gasförmiger Schadstoffe befaßt (ebenda, S. 102), werden die hier gezeigten Möglichkeiten der direkten Gasanreicherung (oder Gasreinigung) nicht gesehen. Ein hieran angrenzeder Wissensstand über die Abscheidung von Stäuben aus Gasen wird von Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Weber beschrieben (E.Weber: Grundlagen zur Abscheidung von Stäuben, in Umweltmarkt von A bis Z, Sonderband von Umweltmagazin, Dezember 1980, Hrsg. Vogel-Verlag Würzburg, S.146). Auch hier werden die Möglichkeiten der direkten Gasanreiche
rung (oder Gasreinigung) nicht erwähnt, obwohl auf eine angeblich in der Zukunft aussichtreiche kombinierte Gasreinigungs—/Staubabscheidungsanlage Bezug genommen wird (ebenda,The gas enrichment is mainly effected today by adsorbing and absorbing unwanted components in special gas cleaning devices (cyclones, centrifuges, venturi washers, etc.). The auxiliary media used to absorb the unwanted components are retained using gravity or other energy fields (electrostatic, etc.). Fixed filters with auxiliary media are periodically replaced. The state of knowledge in the field of gas enrichment, which can be viewed as gas cleaning from a different perspective, is described in an article by Prof. Dr. HW Thoenes shown (HWThoenes: Development tendencies in environmental protection technology, in technical communications, 73rd year, February 1980, Issue 2, p. 101). In this article, which also deals with the separation of gaseous pollutants (ibid., P. 102), the possibilities of direct gas enrichment (or gas purification) shown here are not seen. An adjacent level of knowledge about the separation of dusts from gases is by Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Weber (E. Weber: Fundamentals for the separation of dusts, in environmental market from A to Z, special volume from environmental magazine, December 1980, ed. Vogel publishing house Würzburg, p.146). Again, the possibilities of direct gas accumulation tion (or gas cleaning) is not mentioned, although reference is made to a combined gas cleaning / dust separation system which is said to be promising in the future (ibid.,
S.150).P.150).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Umgehung von Hilfsmedien das Gasgemisch direkt aufgrund der unterschiedlichen Beschleunigung einzelner Gasbestandteile im Zyklon anzureichern. Diese Aufgabe, welche bisher nur für Gas—/Feststoffgemische gelöst wurde, wird durch die Erfindung auch für Gasgemische, insbesondere für Luft (Stickstoff-/Sauerstoffgemisch) gelöst.The invention has for its object, bypassing auxiliary media to enrich the gas mixture directly due to the different acceleration of individual gas components in the cyclone. This object, which was previously only achieved for gas / solid mixtures, is also achieved by the invention for gas mixtures, in particular for air (nitrogen / oxygen mixture).
Die Gasanreicherung wird durch ein Zyklon bewirkt, in dem das aufgrund einer vorhandenen Druckdifferenz strömende Gasgemisch eine spiralförmige Bewegung gezwungen wird, die unterschiedlich schwere Gaspartikel verschieden stark beschleunigt. Die dadurch eintretende stochastische Areicherung des schwereren Bestandteils am inneren Außenradius des Zyklons und des leichteren Bestandteils in der Nähe der Zyklonachse wird zur Anreicherung des jeweils gewünschten Gases ausgenutzt.Insbesondere bei Sauerstoffanreicherung von Luft wird die Sauerstoffreichere, schwerere Luft (Litergewicht O2: 1,42895 g) am Außenradius des Zyklons entnommen, wobei die leichtere, stickstoffreichere Luft (Litergewicht N2: 1,25046 g) in der Nähe der Mittelachse. abgesaugt wird.The gas enrichment is effected by a cyclone in which the gas mixture flowing due to an existing pressure difference is forced into a spiral movement which accelerates gas particles of different weights to different extents. The thus entering stochastic Areicherung of the heavier component in the internal outer radius of the cyclone and the lighter component in the vicinity of the cyclone axis is for the enrichment of each desired gas ausgenutzt.Insbesondere at oxygen enrichment of air, the oxygen richer, heavier air (liter weight O 2: 1.42895 g) taken from the outer radius of the cyclone, the lighter, more nitrogen-rich air (liter weight N 2 : 1.25046 g) near the central axis. is suctioned off.
Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile liegen hauptsächlich in der Umgehung der bei herkömmlicher Gasanreicherung (oder Gasreinigung) notwendigen Hilfsmedien. Dadurch entfällt die ansonsten unumgängliche Austragung dieser Medien. Ferner werden bei anschliessenden Reaktionen durch diese angereicherte Gase bessere Prozeßdaten erreicht. Insbesondere bei Sauerstoffanreicherung von Luft werden bei vorgesehener Verwendung als Verbrennungluft günstigere Brennwerte erzielt, wobei zusätzlich der Anteil von Schad
stoffe in Abgasen zurückgeht.The advantages achieved with this invention lie primarily in the avoidance of the auxiliary media required in conventional gas enrichment (or gas purification). This means that the otherwise inevitable discharge of these media is no longer necessary. In addition, better process data are achieved in subsequent reactions through these enriched gases. Particularly in the case of oxygen enrichment of air, when the envisaged use is used as combustion air, more favorable calorific values are achieved, with the additional proportion of harmful substances in exhaust gases.
Ein Ausführungbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Dort strömt das Gasgemisch (AB) in das Zyklon ( 1) , wo es in eine spiralförmige Bewegung (2) gezwungen wird. Durch die Wirkung der Massenkräfte werden schwerere Gasbestandteile (A) nach außen (3) getragen, leichtere Gasbestandteile (B) nach innen (4) . Die leichteren Gasbestandteile werden mit Hilfe eines Saugrohres (5) , das mit entsprechenden Öffnungen versehen ist, abgesaugt. Die schwereren Gasbestandteile verlassen das Zyklon durch einen geeigneten Stutzen (6) .
An exemplary embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing. There the gas mixture (AB) flows into the cyclone (1), where it is forced into a spiral movement (2). Due to the effect of the mass forces, heavier gas components (A) are carried outside (3), lighter gas components (B) inside (4). The lighter gas components are extracted with the help of a suction pipe (5), which is provided with appropriate openings. The heavier gas components leave the cyclone through a suitable nozzle (6).