EP0129571B1 - Verfahren zur beseitigung von nebel aus der atmosphäre - Google Patents

Verfahren zur beseitigung von nebel aus der atmosphäre Download PDF

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EP0129571B1
EP0129571B1 EP84900053A EP84900053A EP0129571B1 EP 0129571 B1 EP0129571 B1 EP 0129571B1 EP 84900053 A EP84900053 A EP 84900053A EP 84900053 A EP84900053 A EP 84900053A EP 0129571 B1 EP0129571 B1 EP 0129571B1
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Zbigniew Dr. Boguslawski
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Boguslawski Zbigniewdr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01H—STREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H13/00—Dispersing or preventing fog in general, e.g. on roads, on airfields

Definitions

  • the invention relates to a method for removing mist from the atmosphere by spraying a reagent into the misty atmosphere.
  • Fog formation is, according to many, a significant danger for the entire traffic management, for example in sea or river ports, airports, at busy traffic junctions or the like, or a considerable impediment to outdoor events, such as sporting events. They occur due to the condensation of water vapor from the atmosphere when the saturation limit of water in the atmosphere is reached or exceeded, the moisture condenses on crystallization nuclei in the atmosphere and thus separates droplets which have a diameter of between 0.1 and 30 microns and, due to their quasi-disperse fine distribution, the known ones Visibility clouded by fog.
  • the crystallization nuclei are formed here in particular by ionizable or ionized salt particles, which get into the atmosphere by spraying sea water or with the flue gases from combustion plants, so that a high concentration of mist-forming nuclei is found especially in densely populated areas.
  • the removal of existing mist or the prevention of mist formation has hitherto been carried out by spraying ion-forming substances, in particular silver iodide, at high altitudes, which is intended to bring about the agglomeration of the mist droplets and to cause them to rain (see e.g. GB -A-449 321).
  • ion-forming substances in particular silver iodide
  • the results achieved in this way are highly unsatisfactory in view of the fact that the nature of the material itself and the necessity of transporting it to great heights result in considerable costs, which in most cases are disproportionate to the benefits.
  • the aim of the present invention is to provide a method by means of which the mist can be removed to great heights at a lower cost and a freedom from fog can be ensured over a longer period of time.
  • the invention consists in that the treatment is carried out by spraying a substance in a fine distribution, which splits off a gaseous reaction product with the water droplets which form the cloudiness under exothermic reaction.
  • the invention provides a method by means of which long-lasting freedom from fog of large areas up to great heights can be achieved quickly and at low cost.
  • the invention is based on the effect that, on the one hand, the chemical reaction of the substance with water directly binds the moisture present in condensed form and, on the other hand, that the exothermic reaction in connection with the splitting off of a gaseous reaction product in the spray area creates a buoyancy in which the fine-grained material components are carried to great heights, so that the reaction continues from the spray level upwards.
  • the exothermic reaction has the further advantage that, as a result of the resulting warming of the air, the water absorption capacity of the air increases significantly or the relative air humidity decreases, which is the basis for the fact that the absence of fog in the treated area is maintained over longer periods of time.
  • the treatment is advantageously carried out with the aid of a substance that chemically reacts with water.
  • the metal carbides in particular calcium carbide, with a grain size of less than 0.3 mm, preferably less than 0.15 mm, are preferably used, which, with high heat emission and inexpensive to produce, form environmentally harmless reaction products, namely on the one hand calcium hydroxide, which continues to be used in a suitable manner
  • Cleaning of the atmosphere from nucleating particles and ions contributes
  • acethylene which due to its lower specific weight compared to air continues to generate buoyant forces beyond heating and decays in the atmosphere under the influence of active radiation, especially UV radiation from the sun.
  • metal carbides instead of the metal carbides, a number of other substances, in particular nitrogen and hydrogen-containing organic substances, can also be used, for example azanes, diazanes, triazanes or tetraazanes, furthermore azenes, diazenes, triazenes or tetraazenes, triazdienes or tetraazdienes, finally azo- or diazomethane , Formic acid, methylhadrazine, oxalic acid, dimethyl peroxide, in pure form or as a salt.
  • nitrogen and hydrogen-containing organic substances for example azanes, diazanes, triazanes or tetraazanes, furthermore azenes, diazenes, triazenes or tetraazenes, triazdienes or tetraazdienes, finally azo- or diazomethane , Formic acid, methylhadrazine, oxalic acid, dimethyl peroxide, in pure form or
  • one or more substances which bind water under an exothermic reaction by hydrolysis and / or hydration in particular sodium sulfate free from water of crystallization, sodium hydrophosphate, sodium carbonate, barium oxide, silicon chloride or the like, in an amount of up to 65% by weight, preferably between 15 and 35% by weight may be added. Due to the large water-binding capacity of these substances, even for non-condensed moisture, the water content of the air and thus the relative air humidity is further reduced, as a result of which the period of achievable freedom from fog is further increased significantly. For the same reason, the use of materials can be reduced considerably in many cases, especially in cases where the creation of leverage is not possible up to great heights are in question, the creation of large buoyancy forces by the formation of large amounts of gas and higher temperatures is therefore not necessary.
  • the substance or the substance mixture for buffering the reaction against water can be made of indifferent materials, for example alkali or alkaline earth carbonates, for example calcium carbonate or Sodium carbonate can be added.
  • the substance or the substance mixture can be sprayed with dried inert gas instead of with the dried air that is usually used.
  • the airport runway is to be cleared of a length of 3,000 m and a width of 60 m up to a height of 60 m.
  • the supersaturation is 25% at an outside temperature of 10 degrees Celsius.
  • the saturation at 10 degrees C is 10 g / m 3 for air, so that under the given conditions 2.5 g water / m 3 air, ie a total of 27,000 kg of water from the given air volume, must be bound.
  • the stoichiometric reaction ratio between calcium carbide and water is 1: 2, so that in total with a molecular weight of calcium carbide of 64 and water of 18 the use of a total of approximately 80,000 kg of calcium carbide is required for binding the water, which is approximately in the reaction Release 250,000 m 3 of acethylene, which corresponds to a proportion of the air volume in question of about 1.4%, ie a concentration that is still far from dangerous.
  • the spraying is carried out with several dust cannons with dried air at a pressure of 6 atm to a height of about 50 m, which results in a fog-free corridor in the required expansion for at least 8 hours.
  • a sports field 200 m long and 150 m wide should be cleared of fog up to a height of 50 m.
  • the amount of water to be bound in this case is 3 750 kg.
  • a mixture of substances consisting of 75% calcium carbide and 25% sodium hydrophosphate is used, of which 216 g of water per mole of substance used, corresponding to approximately 1,520 g of water per kg, are bound.
  • the mixture used thus binds approximately 800 g of water per kg, so that a total of approximately 4,687 kg of substance mixture must be used.
  • the spraying takes place in the manner described in Example 1 at a height of approximately 30 to 35 m.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Nebel aus der Atmosphäre durch Versprühen eines Reagenz in die durch Nebel getrübte Atmosphäre.
  • Nebelbildungen stellen nach vie vor eine erhebliche Gefahr für die gesamte Verkehrsabwicklung etwa in See- oder Flußhäfen, Flughäfen, an stark befahrenen Straßenkreuzungen oder dergl. bzw. eine erhebliche Behinderung von Freiluftveranstaltungen, etwa Sportveranstaltungen dar. Sie treten auf durch Auskondensierung von Wasserdampf aus der Atmospäre bei Erreichen bzw. Überschreiten der Sättigungsgrenze an Wasser in der Atmosphäre, wobei sich die Feuchtigkeit an in der Atmosphäre befindlichen Kristallisationskeimen niederschlägt und damit Tröpfchen abscheidet, die einen Durchmesser von zwischen 0,1 und 30 Mikron aufweisen und aufgrund ihrer quasi dispers feinen Verteilung die bekannten Sichttrübungen durch Nebel bildet. Die Kristallisationskeime werden hierbei insbesondere von ionisierbaren bzw. ionisierten Salzpartikeln gebildet, die durch Meerwasserversprühung oder mit den Rauchgasen aus Verbrennungsanlagen in die Atmosphäre gelangen, so daß sich insbesondere in den dichtbesiedelten Gebieten eine hohe Konzentration an nebelbildenden Keimen findet.
  • Entsprechend den vorstehend geschilderten Bildungsbedingungen erfolgt die Beseitigung von vorhandenem Nebel bzw. die Verhinderung der Nebelbildung bisher durch Versprühen von Ionen bildenden Substanzen, insbesondere Silberjodid in großen Höhen, wodurch die Agglomeration der Nebeltröpfchen herbeigeführt und deren Abregnen veranlaßt werden soll (siehe z. B. GB-A-449 321). Die auf diesem Wege erzielten Ergebnisse sind in hohem Maße unbefriedigend im Hinblick darauf, daß durch die Art des Materials selbst und die Notwendigkeit seines Transports in große Höhen erhebliche, in den meisten Fällen in keinem Verhältnis zum Nutzen stehende Kosten auftreten.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dessen Hilfe mit einem geringeren Kostenaufwand eine Beseitigung des Nebels bis in große Höhen erreicht und eine Nebelfreiheit über einen längeren Zeitraum gewährleistet werden kann. Die Erfindung besteht darin, daß die Behandlung durch Versprühen einer Substanz in feiner Verteilung erfolgt, die mit den die Nebeltrübung bildenden Wassertröpfchen unter exothermer Reaktion ein gasförmiges Reaktionsprodukt abspaltet.
  • Durch die Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, mit dessen Hilfe schnell und unter geringem Kostenaufwand eine längervährende Nebelfreiheit großer Gebiete bis in große Höhen erreicht werden kann. Die Erfindung beruht auf der Wirkung, daß einerseits durch die chemische Reaktion der Substanz mit Wasser die in kondensierter Form vorliegende Feuchtigkeit unmittelbar gebunden und daß andererseits durch die exotherme Reaktion in Verbindung mit der Abspaltung eines gasförmigen Reaktionsproduktes in dem Sprühbereich ein Auftrieb geschaffen wird, in dem die feinstkörnigen Materialanteile in große Höhen getragen werden, so daß sich die Reaktion von der Versprühebene aus nach oben fortsetzt. Die exothermische Reaktion hat den weiteren Vorteil, daß sich infolge der sich ergebenden Erwärmung der Luft das Wasseraufnahmevermögen der Luft wesentlich erhöht bzw. die relative Luftfeuchtigkeit verringert, was die Grundlage dafür darstellt, daß die Nebelfreiheit in dem behandelten Gebiet über längere Zeiträume erhalten bleibt.
  • Die Behandlung erfolgt vorteilhaft mit Hilfe einer mit Wasser chemisch reagierenden Substanz. Hierbei kommen vorzugsweise die Metallcarbide, insbesondere Calciumcarbid, einer Korngröße unter 0,3 mm, vorzugsweise unter 0,15 mm, zum Einsatz, das bei einer hohen Wärmeabgabe und preiswerter Herstellbarkeit umweltunschädliche Reaktionsprodukte bildet, nämlich einerseits Calciumhydroxid, das in einer zweckdienlichen Weise weiterhin zur Reinigung der Atmosphäre von keimbildenden Partikeln und Ionen beiträgt, und andererseits Acethylen, das aufgrund seines gegenüber Luft geringeren spezifischen Gewichtes weiterhin über die Erwärmung hinaus Auftriebskräfte erzeugt und in der Atmosphäre kurzfristig unter Einwirkung aktiver Strahlung, insbesondere UV-Strahlung der Sonne zerfällt.
  • Es können anstelle der Metallcarbide jedoch auch eine Reihe weiterer Substanzen, insbesondere Stickstoff und Wasserstoff enthaltende organische Substanzen zum Einsatz kommen , beispielsweise Azane, Diazane, Triazane oder Tetraazane, weiterhin Azene, Diazene, Triazene oder Tetraazene, Triazdiene oder Tetraazdiene, schließlich Azo- oder Diazomethan, Ameisensäure, Methylhadrazin, Oxalsäure, Dimethylperoxid, in reiner Form oder als Salz.
  • Zur Unterstützung der Wirkung können den Substanzen eine oder mehrere unter exothermer Reaktion durch Hydrolyse und/oder Hydratation wasserbindende Substanzen, insbesondere kristallwasserfreies Natriumsulfat, Natriumhydrophosphat, Natriumcarbonat, Bariumoxid, Siliziumchlorid oder dergl. in einer Menge bis zu 65-Gew.-%, vorzugsweise zwischen 15 und 35-Gew.-%, zugesetzt sein. Durch das große Wasserbindevermögen dieser Substanzen auch für nicht kondensierte Feuchtigkeit wird der Wassergehalt der Luft und damit die relative Luftfeuchtigkeit weiterhin vermindert, wodurch der Zeitraum der erzielbaren Nebelfreiheit weiterhin wesentlich erhöht wird. Es kann weiterhin aus demselben Grund der Materialeinsatz vielfach erheblich verringert werden, insbesondere in den Fällen, in denen nicht die Schaffung von Hebelfreiheit bis in große Höhen in Rede steht, die Schaffung großer Auftriebskräfte durch Bildung großer Gasmengen und höherer Temperaturen somit nicht erforderlich ist.
  • in Fällen, in denen die Spontaneität der Reaktion unerwünscht ist, etwa in Fällen, in denen die plötzliche Bildung großer Acethylenmengen unerwünscht ist, können der Substanz oder dem Substanzgemisch zur Pufferung der Reaktion gegenüber Wasser indiffarente Materialien, beispielsweise Alkali-oder Erdalkalikarbonate, etwa Calciumkarbonat oder Natriumkarbonat, zugesetzt werden. Aus demselben Grund kann das Versprühen der Substanz bzw. des Substanzgemisches an Stelle mit der üblicherweise eingesetzten getrockneten Luft mit getrocknetem Inertgas erfolgen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele erläutert.
    • Beispiel 1
  • Es soll die Landebahn eines Flughafens in einer Länge von 3 000 m und einer Breite von 60 m bis in eine Höhe von 60 m nebelfrei gemacht werden. Die Übersättigung beträgt bei einer Außentemperatur von 10 Grad C 25 %. Die Sättigung bei 10 Grad C beträgt bei Luft 10 g/m3, so daß unter den gegebenen Bedingungen 2,5 g Wasser/m3 Luft, d.h. insgesamt 27 000 kg Wasser aus dem vorgegebenen Luftvolumen gebunden werden müssen.
  • Das stöchiometrische Reaktionsverhältnis zwischen Calciumcarbid und Wasser beträgt 1 : 2, so daß insgesamt bei eines Molakulargewicht des Calciumcarbids von 64 und des Wassers von 18 für die Bindung des Wassers der Einsatz von insgesamt ca. 80 000 kg Calciumcarbid erforderlich sind, die bei der Reaktion etwa 250 000 m3 Acethylen freisetzen, was eines Anteil an dem fraglichen Luftvolumen von etwa 1,4 %, d.h einer bei weitem noch nicht gefährlichen Konzentration entspricht.
  • Das Versprühen erfolgt mit mehrerern Staubkanonen mit getrockneter Luft bei einem Druck von 6 Atü bis in Höhen von etwa 50 m, woraus für mindestens 8 Stunden ein nebelfreier Korridor in der verlangten Ausdehnung resultiert.
    • Beispiel 2
  • Es soll unter den gleichen äußeren Bedingungen wie in Beispiel 1 ein Sportfeld in einer Lange von 200 m und einer Breite von 150 m bis in eine Höhe von 50 m vom Nebel befreit werden. Die zu bindende Wassermenge beträgt in diesem Fall 3 750 kg. Es kommen zum Einsatz eine Substanzmischung aus 75 % Calciumcarbid und 25 % Natriumhydrophosphat, von dem 216 g Wasser pro Mol eingesetzter Substanz, entsprechend ca. 1 520 g Wasser pro kg gebunden werden. Die eingesetzte Mischung bindet somit ca. 800 g Wasser je kg, so daß insgesamt etwa 4 687 kg Substanzmischung eingestzt werden muß. Das Versprühen erfolgt in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise in einer Höhe von etwa 30 bis 35 m.

Claims (10)

1. Verfahren zur Beseitigung von Nebel aus der Atmosphäre durch Versprühen eines Reagenz in die durch Nebel getrübte Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung durch Versprühen einer Substanz in feiner Verteilung erfolgt, die mit den die Nebeltrübung bildenden Wassertröpfchen unter exothermer Reaktion ein gasförmiges Reaktionsprodukt abspaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Hilfe einer mit Wasser chemisch reagierenden Substanz erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit einem Metallcarbid, vorzugsweise Calciumcarbid, einer Korngröße unter 0,3 mm, vorzugsweise unter 0,15 mm, erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit einer Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden organischen Substanz, beispielsweise einem Azan, Diazan, Triazan oder Tetraazan, einem Azen, Diazen, Triazen oder Tetraazen, einem Triazdien oder Tetraazdien, weiterhin Azo- oder Diazomethan, Ameisensäure, Methylhadrazin, Oxalsäure, Dimethylperoxid, in reiner Form oder als Salz erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz eine oder mehrere unter exothermer Reaktion durch Hydrolyse und/oder Hydratation wasserbindende Substanzen in einer Menge bis zu 65-Gew.-%, vorzugsweise zwischen 15 und 35-Gew.-% enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz als durch Hydrolyse bzw Hydratation Wasser bindende Substanzen kristallwasserfreies Natriumsulfat, Natriumhydrophosphat, Natriumkarbonat, Bariumoxid, Siliziumchlorid oder dergl. enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz zur Pufferung der Reaktion gegenüber Wasser indifferente Materialien beispielsweise Alkali-oder Erdalkalikarbonate, etwa Calciumkarbonat oder Natriumkarbonat, enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Versprühen der Substanz bzw. des Substanzgemisches mit getrockneter Luft erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Versprühen der Substanz bzw. des Substanzgemisches mit getrocknetem Inertgas erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Rücknebelung in gewissen Zeitabständen schmale Streifen der nebelfrei zu haltenden Zone behandelt werden.
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