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Vorrichtungen der hier betrachteten Art werden gelegentlich auch als Schaumwäscher oder Schaumfilter bezeichnet und können z. B. als Rauchgasfilter eingesetzt werden. Sie dienen zur Durchführung eines Reinigungsverfahrens, bei dem das zu reinigende Gas mit einem schaumbildenden Reaktionsmittel in Kontakt gebracht – und ein Schaum erzeugt wird, so dass möglichst der gesamte Teil des zu reinigenden Gases in Schaumbläschen eingeschlossen wird. Fremdstoffpartikel in dem Gas können dabei an der Haut der Schaumblasen sorbtiv gebunden werden. Wenn dann die Schaumblasen anschließend unter Freigabe des gereinigten Gases verflüssigt werden, können die Fremdstoffpartikel zusammen mit der Flüssigkeit abgeleitet und z. B. in einem Sammelbehälter aufgefangen werden. Die Flüssigkeit kann aufbereitet werden und z. B. im Kreislauf in dem Reinigungsprozess wiederverwendet werden. Als Schaumbildner bieten sich insbesondere Tenside, z. B. ein Gemisch aus anionischen und nicht-ionischen Tensiden an.
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Das gereinigte Gas kann z. B. als Reinluft an die Atmosphäre abgegeben oder ggf. in einem chemischen Prozess verwendet werden.
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Es sind diverse Vorrichtungen der hier betrachteten Art mit unterschiedlichen Bauformen bekannt.
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Die Filterwirkung solcher Vorrichtungen hängt wesentlich von der Art der Schaumbildung und der Beschaffenheit des gebildeten Schaumes ab.
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Zahlreiche bekannte Vorrichtungen der hier betrachteten Art weisen Schaumerzeugungseinrichtungen auf, bei denen Turbulenzerzeuger in einem Bad der schaumbildenden Flüssigkeit eintauchen, um Schaum zu erzeugen und dabei das mit der Flüssigkeit in Kontakt gebrachte Gas in Schaumbläschen einzuschließen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Reinigung von mit Fremdstoffpartikeln beladenen Gasen, insbesondere zur Filterung von Rauchgasen, bereitzustellen, welche einen einfachen Aufbau aufweist und sehr effizient und zuverlässig betreibbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, nämlich eine Vorrichtung zur Reinigung von mit Fremdstoffpartikeln beladenen Gasen, insbesondere Rauchgasen, umfassend
- – einen Gaseinlass für das zu reinigende Gas,
- – einen Gasauslass für gereinigtes Gas,
- – einen Gastransportweg zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass,
- – eine im Gastransportweg dem Gaseinlass nachgeschaltete Vorreinigungsanordnung mit einer Sprüheinrichtung zum Einsprühen einer schaumbildenden Substanz in den Gastransportweg, so dass ein fluides Gemenge als Dampf-Gasgemisch entsteht,
- – eine im Gastransportweg der Vorreinigungsanordnung nachgeschaltete Hauptreinigungsanordnung mit einer Schaumerzeugungseinrichtung und einer Schaumzerlegungseinrichtung, und
- – eine Flüssigkeitssenke zur Aufnahme von bei der Schaumzerlegung anfallender Prozessflüssigkeit aus der Schaumzerlegungseinrichtung,
wobei die Schaumerzeugungseinrichtung folgende Merkmale aufweist:
- – einen konischen oder kegelstumpfförmigen Haubenrotor mit einem Haubenmantel, einer grundseitigen Haubenöffnung und einer Vielzahl von Durchgangslöchern im Haubenmantel zur Formung von Schaumbläschen eines innenseitig des Haubenrotors anzusammelnden Schaumes aus dem fluiden Gemenge, wobei der Haubenrotor um die Zentralachse seines konischen Haubenmantels drehbar in einer sich zu ihrer stromabwärtigen Seite hin aufweitenden trichterförmigen Passage des Gastransportweges angeordnet ist, so dass die grundseitige Haubenöffnung des Haubenrotors dessen stromabwärtige Seite bildet,
- – einen in dem Haubenrotor exzentrisch dazu angeordneten, konischen oder kegelstumpfförmigen Einsatz, der mit der Innenseite des Haubenmantels des Haubenrotors einen asymmetrischen Ringraum mit in Umfangsrichtung variierender radialer Ringbreite bildet, und
- – eine Drehantriebseinrichtung für den Haubenrotor.
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Vorzugsweise ist eine im Gastransportweg der Hauptreinigungsanordnung und vorzugsweise auch der Vorreinigungsanordnung vorgeschaltete elektrostatische Vorrichtung vorhanden. In der elektrostatischen Vorrichtung wird ein elektrostatisches Feld erzeugt, um a-polare Teilchen aufzuladen, so dass diese anschließend mittels der Prozessflüssigkeit adsorbiert werden können.
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In der Vorreinigungsanordnung kommt es durch das Einsprühen der flüssigen schaumbildenden Substanz bereits zu einem intensiven Kontakt zwischen dem zu reinigenden Gas und der schaumbildenden Substanz als Reaktionsmittel bzw. Komponente eines Reaktionsmittels, so dass bereits im Vorreinigungsstadium ein Anteil der Fremdstoffpartikel von der schaumbildenden Substanz sorbiert und mit dieser weitertransportiert werden. Die Sprüheinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens eine Düse, die z. B. einen Sprühkegel im Gastransportweg bildet, so dass das zu reinigende Gas durch den Sprühkegel hindurchtreten muss, wobei es zu einer Vorreaktion und einer die Reaktionsfähigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit von Komponenten des Rohgases erhöhenden Dampfbildung kommen kann. Nach Passieren der Vorreinigungsanordnung gelangt das zu reinigende Gas zusammen mit der schaumbildenden Substanz als fluides Gas-Dampf-Flüssigkeits-Gemenge zur Hauptreinigungsanordnung und wird dort einer Nassschaumgaswäsche unterzogen. Dabei spielt die Schaumerzeugungseinrichtung in der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine wichtige Rolle. Sie erlaubt eine Schaumbildung mit Schaumblasen mit einem Durchmesser von z. B. 0,2–5 mm, die in sich eingeschlossen sind und eine sehr große Filterfläche haben. Das Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche des durch die Schaumbläschen gebildeten Flüssigkeitsfilmes und der eingeschlossenen Gasmenge ist sehr groß. Dadurch können auch Rauchgase mit einer sehr hohen Rohgasbelastung abgereinigt werden. Im Bereich der Hauptreinigungsanordnung weist der Gastransportweg die sich zu ihrer stromabwärtigen Seite hin aufweitende trichterförmige Passage auf, die durch entsprechend geformte Leitungselemente gebildet ist.
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Beim Eintritt in diese trichterförmige Passage gelangt das fluide Gemenge aus schaumbildender Substanz und zu reinigendem Gas in einen Zwischenraum zwischen der Außenbegrenzung der trichterförmigen Passage und dem darin aufgenommenen Haubenrotor, so dass das fluide Gemenge sich möglichst über die komplette Mantelaußenseite des Haubenrotors verteilen kann. Aufgrund der Drehung des Haubenrotors bilden sich dann an dessen zahlreichen Durchgangslöchern viele Schaumbläschen, die innenseitig des Haubenrotors als Schaum entstehen. Dieser Schaum wird in dem asymmetrischen Ringraum zwischen der Innenseite des Haubenmantels des Haubenrotors und dem darin angeordneten kegelstumpfförmigen Einsatz aufgrund der Rotation des Haubenrotors mitbewegt und dabei in dem schmaleren Bereichen des Ringraumes verdichtet und in dem weiteren Bereichen des Ringraumes entspannt, so dass der Schaum einen dynamischen Schaumfilter bildet. Es hat sich gezeigt, dass der so erzeugte und behandelte Schaum in sehr effizienter Weise Fremdstoffpartikel aus dem zu reinigenden Gas bindet. Die der Schaumerzeugungseinrichtung nachgeschaltete Schaumzerlegungseinrichtung zerstört die Schaumblasen, so dass die schaumbildende Substanz wieder in zusammenhängender Flüssigkeitskonsistenz unter Mitnahme der aus dem zur reinigenden Gas entfernten Fremdstoffpartikel abgeleitet werden kann. Gleichzeitig erzeugt die Schaumzerlegungseinrichtung einen Unterdruck.
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Eine besonders vorteilhafte Schaumbildung wird erreicht, wenn die Durchgangslöcher im Haubenmantel des Haubenrotors hergestellt sind und durch Bilden von zungenkonturförmigen Einschnitten und durch Einbiegen der dabei gebildeten Zungen zum Haubenmantelinneren hin, wobei die Zungen entgegen der Betriebsdrehrichtung des Haubenrotors orientiert sind. Derart geformte Durchgangslöcher bilden sichelförmige Durchtritte, an denen unterschiedlich große Schaumbläschen mit unterschiedlichem Gewicht und unterschiedlich großen Oberflächen entstehen, wobei kleinere Schaumblasen in größere Schaumblasen gelangen können und sich somit eine Vergrößerung der Sorbtionsfläche des Schaumes zur Bindung der Fremdstoffe aus dem zu reinigenden Gas ergibt. Die nach innen gebogenen Zungen stellen innenseitig des Haubenrotors Prallflächen dar, an denen größere Schaumbläschen und kleinere Schaumbläschen oder Tröpfchen bei Drehung des Haubenrotors zerplatzen.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher in dem Zwischenraum zwischen der Außenbegrenzung der trichterförmigen Passage des Gastransportweges und dem darin aufgenommenen Haubenrotor eine Vielzahl von feststehenden, leitblechartigen Lamellen in Umfangsrichtung des Haubenmantels aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet vorgesehen sind, wobei die Lamellen quer zur Drehrichtung des Haubenrotors verlaufend mit einem Längsrand nahe an den Haubenmantel des Haubenrotors heranreichen, so dass sich zwischen dem Längsrand der Lamellen und dem Haubenrotor schmale Spalten von z. B. 1–2 mm Spaltbreite ergeben. Diese leitblechartigen Lamellen dienen dazu, das fluide Gemenge aus zu reinigendem Gas und schaumbildender Substanz nach Eintritt in die Hauptreinigungsanordnung gleichmäßig über die Mantelaußenseite des Haubenrotors zu verteilen und in dessen Drehrichtung zu verdichten und zu entspannen. Die leitblechartigen Lamellen tragen zusammen mit dem sich drehenden Haubenrotor auch zu Turbulenzen des fluiden Gemenges und dabei zu starken Druckunterschieden bei, was ebenfalls die Schaumbildung und Reaktionsfähigkeit der Gase begünstigt und die Effizienz der Ausfilterung von Fremdstoffen, z. B. Fluor-Chlor-Kohlenwasserstpffverbindungen aus dem zu reinigendem Gas steigert.
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Gemäß einer Variante der Vorrichtung nach der Erfindung weist die Schaumerzeugungseinrichtung mehrere gleichartige Haubenrotoren auf, die unter Bildung von Zwischenräumen ineinander verschachtelt und zur gemeinsamen Drehung um eine gemeinsame Drehachse gekoppelt sind. Auf diese Weise kann eine noch größere Schaummenge pro Zeiteinheit gebildet werden, ohne eine weitere Hauptreinigungseinrichtung nachschalten zu müssen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schaumzerlegungseinrichtung eine zur gemeinsamen Drehung mit dem Haubenrotor gekoppelte, vorzugsweise in Bezug auf ihre Drehachse rotationssymmetrische Lochplatte stromabwärtig der grundseitigen Haubenöffnung des Haubenrotors nahe dem Ausgang der trichterförmigen Passage des Gastransportweges auf, wobei die Lochplatte mit einer ihrer Plattenflächenseiten der grundseitigen Haubenöffnung des Haubenrotors gegenüberliegend angeordnet ist und an ihrem Umfangsrand umlaufend verteilt angeordnete Schaufeln trägt. Diese Schaufeln dienen einerseits zur Zerstörung der Schaumblasen und können gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Schaufelelemente eines Schaufelradantriebs ausgebildet sein. In einer solchen Ausgestaltung sind die Schaufeln z. B. in Draufsicht vorzugsweise bogenförmig, wobei die konvexen und konkaven Seiten in Drehrichtung der Lochplatte aufeinanderfolgend orientiert sind. Zur Beaufschlagung solcher als Antriebsschaufeln dienenden Elemente ist bei einer betreffenden Ausführungsform der Erfindung eine Spritzdüse vorgesehen, die eine Flüssigkeit mit tangentialer Richtungskomponente auf die jeweils vorbei rotierende Schaufel aufspritzt und somit ein Drehmoment zur Drehung der Lochplatte erzeugt. Dabei wird die von der Spritzdüse ausgestoßene Flüssigkeit vorzugsweise der Flüssigkeitssenke mittels einer Flüssigkeitsfördereinrichtung entnommen und der Spritzdüse zugeführt. Des Weiteren dienen die konvex und konkav gebildeten Schaufeln der Schaumzerlegungseinrichtung dazu, einen Unterdruck zu erzeugen, so dass das Luft-Gasgemisch von oben in den Haubenrotor mit angesaugt wird.
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Vorzugsweise ist die Flüssigkeitssenke ein Flüssigkeitssammelbehälter, der unterhalb der Schaumzerlegungseinrichtung angeordnet ist, so dass Prozessflüssigkeit, die bei der Schaumzerlegung anfällt, von der Schaumzerlegungseinrichtung in den Prozessflüssigkeitssammelbehälter ablaufen kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Haubenrotor außen an seiner der grundseitigen Haubenöffnung entgegengesetzten Seite als Ventilator mit Flügelelementen ausgebildet ist, um fluides Gemenge aus der Vorreinigungsanordnung in die trichterförmige Passage des Gastransportweges und somit in die Hauptreinigungsanordnung zu fördern. Der Haubenrotor hat somit die Doppelfunktion der Schaumbläschenbildung und der Ansaugung des fluiden Gemenges in die Hauptreinigungsanordnung. Die Flügelelemente sind vorzugsweise so geformt, dass sie bei Drehung des Haubenrotors fluides Gemenge von der Vorreinigungsanordnung her ansaugen und mit einer tangentialen, radialen und axialen Bewegungskomponente in den Zwischenraum zwischen der Außenbegrenzung der trichterförmigen Passage des Gasströmungsweges und der Außenseite des darin aufgenommenen Haubenrotors fördern können. Dies dient ebenfalls zur wirksamen Verteilung des fluiden Gemenges über den Mantel des Haubenrotors, insbesondere im Zusammenhang mit den oben bereits angesprochenen leitblechartigen Lamellen, die den Ringraum zwischen der Außenbegrenzung der tricherförmigen Passage des Gasströmungsweges und der Außenseite des Haubenrotors in Bereiche unterteilt, die in Umfangsrichtung des Haubenrotors aufeinanderfolgend angeordnet sind.
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Gemäß einer Variante der Erfindung ist die Sprüheinrichtung der Vorreinigungsanordnung mit der Flüssigkeitssenke verbunden, wobei eine Flüssigkeitsfördereinrichtung (Pumpe) zur Förderung von Prozessflüssigkeit von der Flüssigkeitssenke zur Sprüheinrichtung vorgesehen ist. Gemäß einer solchen Lösung wird die schaumbildende Substanz (Reaktionsmittel) im Kreislauf durchlaufend verwendet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hauptreinigungsanordnung eine Kondensatabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Restfeuchtigkeit aus dem mittels der Hauptreinigungsanordnung gereinigten Gas nachgeschaltet ist. Besonders vorteilhaft bei einer derartigen Lösung ist es, wenn zwischen der Hauptreinigungsanordnung und dem Gasauslass eine zur Vorreinigungsanordnung führende Überbrückungsleitung aus dem Gastransportweg abzweigt, wobei einstellbare Drosselmittel, z. B. eine Drosselklappe, zur Beeinflussung des Durchlassvermögens der Überbrückungsleitung darin vorgesehen sind. Auf diese Weise kann ein Volumenanteil des gereinigten Gases in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erneut dem Reinigungsprozess unterzogen werden, wobei ein Vermischen des schon gereinigten Gases mit dem am Gaseinlass einströmenden Rohgas erzielt wird, was dem Gesamtreinigungsprozess insbesondere bei stark mit Fremdstoffen belasteten Rohgasen zugute kommt. Die Überbrückungsleitung bietet ferner den Vorteil, dass im Falle der Störung der Vorrichtung zu reinigendes Gas (Rohgas) ohne zusätzliche Regelung über die Bypassleitung nach außen abgeleitet und somit ein Rohgasstau vorgebeugt werden kann.
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Zwischen der Hauptreinigungsanordnung und dem Gasauslass ist vorzugsweise eine Gasfördereinrichtung vorgesehen, um gereinigtes Gas von der Hauptreinigungsanordnung anzusaugen und weiterzufördern. Bei einer Ausgestaltung der Vorrichtung mit der oben angesprochenen Überbrückungsleitung sollte die Gasfördereinrichtung stromaufwärtig der Abzweigstelle der Überbrückungsleitung im Gastransportweg angeordnet sein. Die Gasfördereinrichtung kann an der Hauptreinigungsanordnung einen Unterdruck aufrechterhalten und zur Überbrückungsleitung und zu einer etwaigen Kondensatabscheideeinrichtung hin einen Überdruck erzeugen, so dass ein gewünschter Anteil des gereinigten Gases wieder im Kreislauf der Vorreinigungsanordnung zugeführt werden kann. Es kann auf diese Weise erreicht werden, dass nur der Volumenanteil als gereinigtes Gas nach außen abgegeben wird, der vorher als Rohgas in die Vorrichtung gelangte.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung mit einem Aufnahmebehälter vorgesehen ist, der mit der Flüssigkeitssenke verbunden ist, um Prozessflüssigkeit aufzunehmen, wobei die Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung eine elektrische Elektrodenanordnung mit in den Aufnahmebehälter eintauchenden Elektroden aufweist, die mit unterschiedlichen elektrischen und wechselbaren Polaritäten mittels einer Spannungsversorgungseinrichtung beaufschlagbar sind, wobei der Aufnahmebehälter mit einem Schlammsammelbehälter verbunden ist, um aus der Prozessflüssigkeit abgeschiedenen Schlamm kontinuierlich aufzunehmen.
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Vorzugsweise steht ein oberer Bereich des Aufnahmebehälters der Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung stromaufwärtig der Hauptreinigungsanordnung mit dem Gastransportweg in Fluidverbindung, um Prozessflüssigkeit aus dem Aufnahmebehälter in den Gastransportweg einzuleiten.
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Andererseits kann ein oberer Bereich des Aufnahmebehälters der Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung stromaufwärtig der Vorreinigungsanordnung mit dem Gastransportweg in Fluidverbindung stehen, um Oxidationsgase, insbesondere Sauerstoff- und Wasserstoff-Radikale, die mittels der Elektrodenanordnung aus Prozessflüssigkeit erzeugbar sind, in den Gastransportweg einzuleiten und damit Fremdgase in dem Rohgas zu oxidieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet ein den Gastransportweg zwischen der Vorreinigungsanordnung und der Hauptreinigungsanordnung definierender Leitungsteil mit der trichterförmigen Passage des Gastransportweges in ein Leitungsgehäuse ein, welches in einem oberen Bereich den Gasauslass – und in einem unteren Bereich die Flüssigkeitssenke aufweist. Eine solche konstruktive Ausgestaltung ermöglicht eine kompakte Bauform der Vorrichtung und eine zuverlässige Funktionsweise der Strömungsführungen.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem vertikalen Längsschnitt,
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2 eine Schnittdarstellung eines Teils der Vorrichtung aus 1, wobei dieser Teil zusammenhängend die Hauptreinigungsanordnung, den Prozessflüssigkeitssammelbehälter und die Kondensatabscheideeinrichtung umfasst,
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3 eine vergrößerte Darstellung der Hauptreinigungsanordnung aus 2.
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4 ein Detail eines Durchgangsloches des Haubenrotors der Hauptreinigungsanordnung in vergrößerter Darstellung,
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5 eine perspektivische Darstellung der Hauptreinigungsanordnung mit Blickrichtung von schräg-oben, wobei ein äußerer Leitungsgehäusemantel zeichnerisch weggelassen wurde, um Details erkennbar werden zu lassen,
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6 eine perspektivische Ansicht der Hauptreinigungsanordnung entsprechend 5, wobei in 6 ein die trichterförmige Passage des Gastransportweges definierendes Leitungselement und zwei Schürzen zur Vorkondensation zeichnerisch weggelassen wurden, um Details erkennbar werden zu lassen,
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7 in einer perspektivischen Darstellung mit Blickrichtung von schräg-oben den Prozessflüssigkeitssammelbehälter mit einer schaufelradartigen Lochplatte der Schaumzerlegungseinrichtung,
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8 in perspektivischer Darstellung mit Blickrichtung von schräg-oben die Kondensatabscheideeinrichtung der Vorrichtung nach der Erfindung,
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9 die Kondensatabscheideeinrichtung in einer perspektivischen Darstellung gemäß 8, jedoch unter Weglassung von Gehäuseelementen, um Details erkennbar werden zu lassen,
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10 eine Darstellung der Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung in einem vertikalen Längsschnitt,
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11 in einer perspektivischen Darstellung mit Blickrichtung von schräg-oben die Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung unter zeichnerischer Weglassung von Gehäuseteilen, um Details erkennbar werden zu lassen,
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12a und 12b Diagramme zur Erläuterung der Schaumblasenbildung an dem Haubenrotor der Hauptreinigungsanordnung.
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In 1 ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es umfasst mehrere Baugruppen, nämlich eine
- – elektrostatische Vorrichtung (O), welche ein elektrostatisches Feld erzeugt, um a-polare Teilchen aufzuladen,
- – eine Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 1, welche auch als Oxidationsbaugruppe zur Erzeugung von Oxidationsgasen wirksam ist,
- – eine Vorreinigungsanordnung 2 in einem Gastransportweg 3, der von einem Gaseinlass 4 für das zu reinigende Rohgas zu einem Gasauslass 5 für gereinigtes Gas führt,
- – eine der Vorreinigungsanordnung 2 in dem Gastransportweg nachgeschaltete Hauptreinigungsanordnung 6,
- – einen Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 und
- – eine Kondensatabscheideeinrichtung 8.
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Der Gastransportweg ist durch ein Einleitungsrohr 10 definiert, welches einen horizontalen Rohrabschnitt 11 aufweist, der in ein Leitungsgehäuse 12 einmündet. In dem Leitungsgehäuse 12 umfasst das Einleitungsrohr 10 einen Krümmerabschnitt 13, um den Gastransportweg aus der Waagerechten heraus nach unten hin umzulenken. An dem Krümmerabschnitt 13 ist ein haubenförmiges Rohrelement 15 angeschlossen, welches eine sich zu ihrer stromabwärtigen Seite hin aufweitende, trichterförmige Passage 16 des Gastransportweges 3 definiert. Das haubenförmige Rohrelement 15 mündet in das Leitungsgehäuse 12, so dass der Gastransportweg von da ab außen an dem haubenförmigen Rohrelement 15 und dem Krümmerabschnitt 13 des Einleitungsrohres 10 vorbei in dem Leitungsgehäuse 12 zur Kondensatabscheidereinrichtung 8 und durch diese hindurch zum Gasauslass 5 führt. An der Kondensatabscheideeinrichtung 8 zweigt überdies eine zur Vorreinigungsanordnung 2 führende Überbrückungsleitung 17 ab.
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In dem Gastransportweg 3 kann zumindest abschnittsweise Prozessflüssigkeit mit dem zu reinigenden Rohgas geführt werden.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung ist insbesondere zur Reinigung von Rauchgas verwendbar, wie es z. B. bei der Verbrennung von Festbrennstoffen, wie etwa Holz, Holzpellets oder Kohle anfällt. Das normalerweise noch heiße Rauchgas wird dabei in den Gaseinlass 4 eingeleitet, wobei Stickoxide u. dgl. in dem Rauchgas eine Oxidation mittels Oxidationsgasen, insbesondere Sauerstoff- und Wasserstoffradikalen erfahren. Die Oxidationsgase entstehen in der Prozesswasseraufbereitungsvorrichtung 1, auf die im weiteren Verlauf der Beschreibung noch eingegangen wird.
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Das Rohgas durchströmt die Vorreinigungsanordnung
2, in welcher eine Düse
18 als Sprühreinrichtung einen Sprühkegel
20 aus Prozessflüssigkeit erzeugt, der zu einer Befeuchtung und Vorreinigung des Rohgases und bei heißen Rohgasen zur Dampfbildung führt. Die Prozessflüssigkeit enthält eine schaumbildende Substanz. Solche schaumbildenden Substanzen, wie sie auch für den Betrieb der vorliegenden Vorrichtung eingesetzt werden können, sind z. B. in der
DE 42 36 640 C2 beschrieben.
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Zur Förderung des Rohgasstromes in dem Einleitungsrohr hin zu der Hauptreinigungsanordnung 6 ist ein Ventilator 22 vorgesehen, der sich eingangsseitig der Hauptreinigungsanordnung 6 befindet.
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Die Hauptreinigungsanordnung 6 ist hauptsächlich in dem haubenförmigen Rohrelement 15 untergebracht und umfasst einen kegelstumpfförmigen Haubenrotor 24 mit einem Haubenmantel 26, einer grundseitigen Haubenöffnung 28 und einer Vielzahl von Durchgangslöchern 30 (vgl. 4). Der Haubenrotor 24 ist um die Zentralachse 32 seines Haubenmantels 26 drehbar in dem haubenförmigen Rohrelement 15 und somit in der sich zu ihrer stromabwärtigen Seite hin aufweitenden trichterförmigen Passage 16 des Gastransportweges 3 angeordnet, so dass die grundseitige Haubenöffnung 28 des Haubenrotors 24 dessen stromabwärtige Seite in Bezug auf den Materialfluss bildet. An seiner Oberseite weist der Haubenrotor den Ventilator 22 auf. Zur Bildung des Ventilators 22 sind auf dem Haubenrotor 24 Ventilatorflügelelemente 34 ausgebildet.
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In exzentrischer Anordnung zu dem Haubenrotor 24 befindet sich darin ein kegelstumpfförmiger Einsatz 36, der mit der Innenseite des Haubenmantels 26 des Haubenrotors 24 einen asymmetrischen Ringraum 38 mit in Umfangsrichtung variierender radialer Ringbreite bildet. Der kegelstumpfförmige Einsatz 36 ist ein fixiertes Statorelement, das sich im Beispielsfall nicht mitdreht, jedoch alternativ auch drehbar um die Achse 32 ausgestaltet sein könnte.
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Der Haubenrotor 24 ist Teil einer Schaumerzeugungseinrichtung 25.
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Eine Lochplatte 40 einer Schaumzerlegungseinrichtung 42 ist zur gemeinsamen Drehung um die Zentralachse 32 mit dem Haubenrotor 24 und dem daran ausgebildeten Ventilator 22 gekoppelt. Die in 7 gut erkennbare Lochplatte 40 trägt an ihrer Oberseite bogenförmige Schaufeln 44, die gleichmäßig verteilt am Umfangsrand der Lochplatte 40 aufeinanderfolgen, wobei die konvexen Seiten der Schaufeln tangential in Drehrichtung der Lochplatte 40 vorlaufend orientiert sind.
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Das fluide Gemenge aus zu reinigendem Rohgas, Luft und Prozessflüssigkeit wird von dem Ventilator 22 in die Hauptreinigungsanordnung 6 angesaugt und gelangt dort zunächst in einen Zwischenraum 46 zwischen dem haubenförmigen Rohrelement 15 und dem Haubenmantel 26 des Haubenrotors 24.
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An dem haubenförmigen Rohrelement 15 sind eine Vielzahl von feststehenden, leitblechartien Lamellen 48 befestigt, die in den Zwischenraum 46 hineinragen, so dass sie quer zur Drehrichtung des Haubenrotors 24 verlaufend mit einem Längsrand 49 nahe an den Haubenmantel 26 des Haubenrotors 24 heranreichen. Wie 6 erkennen lässt, sind die leitblechartigen Lamellen 48 dreiecksförmig geformt und in Umfangsrichtung des Haubenrotors 24 schräg gestellt, so dass sie von oben her in den Zwischenraum 46 einströmendes fluides Gemenge an der Außenseite des Mantels 26 des Haubenrotors 24 nach unten in Richtung zum unteren Rand des Haubenrotors 24 hin und radial einwärtig zum Mantel 26 des Haubenrotors 24 leiten können. Die leitblechartigen Lamellen 48 sind in Umfangsrichtung des Haubenrotors 24 gleichmäßig verteilt und an dem haubenförmigen Rohrelement 15 befestigt, so dass sie den Zwischenraum 46 in eine Vielzahl von Kompartimenten 50 unterteilen.
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Aus 6 ist ferner zu ersehen, dass die Flügelelemente 34 des Ventilators 22 derart geformt sind, dass sie angesaugtes fluides Gemenge mit einer tangential und schräg nach unten gerichteten Bewegungskomponente in den Zwischenraum 46 und den darin unterteilten Kompartimenten 50 fördern können. Bezogen auf 6 ist die Drehrichtung des Ventilators 22 und des zugehörigen Haubenrotors 24 von oben gesehen im Uhrzeigersinn.
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Bei der Drehbewegung des Haubenrotors 24 werden an den Durchgangslöchern 30 Schaumblasen aus dem fluiden Gemenge gebildet, so dass sich innerhalb des kegelstumpfförmigen Haubenmantels 26 des Haubenrotors 24 ein Schaum aufbaut, bei dem das zu reinigende Gas in Schaumblasen eingeschlossen ist und auszufilternde Fremdstoffe durch Sorption an der Schaumblasenhaut gebunden werden können. Es hat sich in Anwendungsversuchen gezeigt, dass die vorstehend erläuterte Hauptreinigungsanordnung in sehr effizienter Weise einen Schaum mit einer großen Fläche des Schaumfilms pro eingeschlossener Gasmenge erzeugt werden kann. Damit steht auch eine sehr große Fläche für die Sorption von Schadstoffen im Schaum zur Verfügung, um ein gutes Filterergebnis zu erzielen.
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Anhand der Diagramme in 12a und 12b wird ein typischer Fall der Schaumblasenbildung an dem abschnittsweise dargestellten Haubenrotor 24 erläutert. In 12a ist ein Abschnitt des Haubenrotors 24 in einer Darstellung mit Schnitt durch zwei benachbarte Durchgangslöcher 30 gezeigt. Das Diagramm 12b stellt eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Haubenrotors 24 dar, wobei in dem Abschnitt vier Durchgangslöcher 30 liegen.
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Die Durchgangslöcher 30 sind durch Bilden von zungenkonturförmigen Einschnitten und durch Einbiegen der dabei gebildeten Zungen 52 (vgl. 4) zum Haubenmantelinneren hin hergestellt worden, wobei die Zungen 52 entgegen der Drehrichtung D des Haubenrotors 24 orientiert sind (vgl. 12a und 12b). In den 12a und 12b ist noch eine Spezialvariante der Zungen 52 gezeigt, die darin besteht, dass sie noch eine Keilsicke 54 aufweisen, die zur Bildung größerer Schaumblasen dienen kann. Die Durchgangslöcher 30 haben eine sichelartige Form, welche die Erzeugung von Schaumblasen 105 unterschiedlicher Größen aus dem fluiden Gemenge 104 begünstigt, wie dies in 12a und 12b bei a. illustriert ist. Aufgrund unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeiten der unterschiedlich großen Schaumblasen 105 kommt es häufig dazu, dass kleinere Schaumblasen 105 in größere Schaumblasen 105 eindringen, so dass pro Volumeneinheit eine relativ große Schaumblasenfilmfläche vorliegt (vgl. b. in 12a und 12b).
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Bei Weiterdrehen des Haubenrotors 24 (im Uhrzeigersinn in 12a) kommt es gemäß Situation c. in 12a zu einem Anstoß von Schaumblasen 105 an die Rückseite der Zungen 30 mit dem Effekt, dass größere Schaumblasen 105 bereits zerplatzen und Flüssigkeitströpfchen 107 daraus entstehen.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Haubenrotor 24 zwei ineinander verschachtelte kegelstumpfförmige Mantelteile aufweisen kann. Auf diese Weise kann die Effizienz der Schaumbildung noch weiter gesteigert werden.
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Der asymmetrische Ringraum 38 mit dem in Umfangsrichtung variierender radialer Ringbreite zwischen dem Haubenrotor 24 und dem Einsatz 36 bildet an seiner engsten Stelle einen Kompressionsbereich und an seiner breitesten Stelle einen Expansions- oder Entspannungsbereich für das Schaummaterial innerhalb des rotierenden Haubenrotors 24, der in Drehrichtung Schaummaterial mitnimmt. Der Schaum kann somit als dynamisches Filter verdichtet und entspannt werden, um den Vorgang der Sorption von Fremdstoffen an dem Schaumblasenfilm, d. h. der Schaumblasenhäute, zu beschleunigen.
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In dem Zwischenraum 46 zwischen dem haubenförmigen Rohrelement 15 und dem Haubenrotor 24 kann sich im untersten Bereich ein Flüssigkeitspolster aufgrund der Verdichtung des Mediums bilden. Dieses Flüssigkeitspolster dient als Flüssigdichtung 27 und verhindert so ein unkontrolliertes Austreten von ungereinigtem Gas. Auch dies ist eine Maßnahme zur Sicherstellung, dass alles Rohgas mit Schaummaterial bzw. schaumbildender Flüssigkeit in Kontakt kommt.
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Der Schaum in dem Ringraum 38 innenseitig des Haubenrotors 24 gelangt aufgrund der Schwerkraft und dem Austrittsdruck aus der Schaumerzeugungseinrichtung 25 nach unten zu der Schaumzerlegungseinrichtung 42 und dort auf die sich drehende Lochplatte 40. Die bogenförmigen Schaufeln 44 auf der Lochplatte 40 wirken als schaumzerstörende Prallelemente. Die bei der Schaumzerlegung wieder anfallende Prozessflüssigkeit mit den darin gebundenen Fremdstoffen aus dem zu reinigenden Gas gelangt aus der Schaumzerlegungseinrichtung 42 nach unten in den Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7. Das bei der Schaumzerlegung frei werdende gereinigte Gas gelangt außen am unteren Rand des Haubenrotors 24 vorbei in das Leitungsgehäuse 12, in welchem es nach oben zu der Kondensatabscheideeinrichtung 8 strömen kann.
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Die Lochplatte 40 der Schaumzerlegungseinrichtung 42 ist auch Komponente der Drehantriebeinrichtung 60 für den Haubenrotor 24, den Ventilator 22 und die Lochplatte 40. Sie trägt auch zur Erzeugung eines Unterdrucks am Ausgang der Schaumerzeugungseinrichtung 25 bei. Hierzu ist wenigstens eine Spritzdüse 62 zur Beaufschlagung der Schaufeln 44 der Schaumzerlegungseinrichtung 42 mit Prozessflüssigkeit aus dem Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 radial außenseitig der Schaumzerlegungseinrichtung 42 angeordnet, um ein die Lochplatte 42 zur Drehung antreibendes Drehmoment zu erzeugen. Zur Förderung von Prozessflüssigkeit aus dem Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 zu der Spritzdüse 62 ist eine Pumpe 64 als Flüssigkeitsfördereinrichtung vorgesehen. An diese Förderpumpe 64 ist auch die Sprüheinrichtung 18 der Vorreinigungsanordnung 2 angeschlossen, so dass auch die Sprüheinrichtung 18 mit Prozessflüssigkeit aus dem Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 versorgt wird.
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In dem Gastransportweg 3 innerhalb des Leitungsgehäuses 12 sind zwei Vorkondensationsschürzen 66 vorgesehen, an denen Feuchtigkeit aus dem gereinigten Gas kondensieren kann. Die Vorkondensationsschürzen 66 können bei sehr hoher Rohgaseintrittstemperatur auch als Wärmetauscherelemente ausgeführt sein.
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Das so schon teilweise von Feuchte befreite gereinigte Gas wird schließlich in der Kondensatabscheidevorrichtung 8 noch weiter von Feuchte befreit. Zur Strömungserzeugung weist die Kondensatabscheidevorrichtung 8 ein elektromotorisch angetriebenes Sauggebläse 70 auf. Prallbleche 79, die fächerartig schräg von unten nach oben angeordnet sind, dienen als Kondensatabscheideflächen.
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Das Sauggebläse 70 hält den unteren Raumbereich in der Hauptreinigungsanordnung 6 im Unterdruck und unterstützt somit die Strömungsbewegung durch die Hauptreinigungsanordnung 6. Sollte es zu einem Überschuss an Schaum kommen, so kann dieser dann an den Prallblechen 79 der Kondensatabscheidevorrichtung 8 zerlegt werden. Die Prallbleche 79 können auch als Wärmetauscherelemente ausgeführt sein.
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Das in der Kondensatorabscheidevorrichtung 8 entfeuchtete, gereinigte Gas kann über den Gasauslass 5 aus der Vorrichtung ausgebracht werden.
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Ein Teil des gereinigten Gases kann über die Überbrückungsleitung 17 erneut dem Reinigungsprozess zugeführt werden. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel mündet die Überbrückungsleitung 17 im Bereich der Vorreinigungsanordnung 2 in den Abgastransportweg 3, wobei die Menge des rückgeführten Gases von der Einstellung der in der Überbrückungsleitung 17 vorgesehenen Drosselklappe 68 abhängt. Selbstverständlich könnte anstelle der Drosselklappe 68 auch eine andere, die Gasdurchlassmenge beeinflussende einstellbare Einrichtung in der Überbrückungsleitung 17 vorgesehen sein.
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Durch den Unterdruck bei der Ansaugung des Rohgases durch den Ventilator 22 in dem Einleitungsrohr 10 und dem von dem Sauggebläse 70 in der Überbrückungsleitung erzeugten Überdruck kann ein höherer Volumenanteil gereinigten Gases im Kreislauf gefördert werden. Gas-Überschuss, der durch das Sauggebläse 70 in der Kondensatabscheidebaugruppe 8 erzeugt wird, kann über die Rückführungsleitung 70 in das Einleitungsrohr 10 zurückgeführt werden, wobei die Drosselklappe 68 zur Regelung der rückgeführten Gasmenge dient. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist so betreibbar, dass entsprechend der Regelung der über die Rückführungsleitung 17 zurückgeführten Gasmenge nur der Volumenteil der Gesamtgasführung als gereinigtes Gas über den Gasauslass 5 abgegeben wird, das als zu reinigendes Rohgas in den Gaseinlass 4 eingebracht wurde.
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Die auch als Oxidationsgasquelle wirksame Prozessflüssigkeitsaufbereitungsvorrichtung 1 hat einen Aufnahmebehälter 74, dem Prozessflüssigkeit aus dem Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 zuführbar ist. Im Beispielsfall ist der Aufnahmebehälter 74 über eine Abzweigleitung 76 mit einem darin vorgesehenen Ventil 78 mit der Druckseite der Pumpe 64 verbunden. In einem Flüssigkeitsaufbereitungsmodus kann durch entsprechende Ventilsteuerung Prozessflüssigkeit aus dem Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 in den Aufnahmebehälter 74 gepumpt werden. In dem Aufnahmebehälter 74 sind elektrische Elektroden 80, 82 vorgesehen, die in Prozessflüssigkeit eintauchen. Dabei handelt es sich um rohrförmige Elektroden mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei die Elektrode 80 kleineren Durchmessers in der Elektrode 82 größeren Durchmessers aufgenommen ist. Über ihre elektrischen Anschlüsse 84, 86 können die Elektroden 80, 82 mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen und Polaritäten beaufschlagt werden, um eine elektrische Spannung zu erzeugen. Ionisierte Fremdstoffpartikel aus der Prozessflüssigkeit im Aufnahmebehälter 74 können sich somit an den Elektroden 80, 82 anlagern und Cluster bilden. Durch gelegentlichen elektrischen Polaritätswechsel an den Elektroden 80, 82 können solche Cluster abgelöst werden, so dass sie unter Schwerkraftwirkung nach unten zum Schlammsammelbehälter 90 absinken können.
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Der Aufnahmebehälter 74 mündet oben in das Einleitungsrohr 10 ein, so dass überlaufende Prozessflüssigkeit aus dem Aufnahmebehälter 74 unmittelbar in den Gastransportweg 3 einfließen und in den Gasreinigungsprozess einbezogen werden kann.
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Wie bereits angedeutet, dienen die Elektroden 80, 82 auch zur elektrolytischen Dissoziation von Komponenten der Prozessflüssigkeit, insbesondere der Wasserdissoziation, um O- und H-Radikale als Oxidationsgase zu erzeugen, die ebenfalls nach oben in den Gastransportweg 3 aufsteigen können, um dort Fremdstoffe in dem zu reinigenden Rohgas zu unbedenklicheren oder/und wirksamer aus dem Rohgas ausfilterbaren Oxidationsprodukten zu oxidieren.
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Auch dienen die Elektroden 80, 82 unter anderem zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen in der Prozessflüssigkeit.
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Aus dem Rohgas von der Prozessflüssigkeit übernommende Wärme kann mittels eines Wärmetauschers 95 aus der Prozessflüssigkeit im Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 abgeleitet und einem Wärmenutzungskreislauf zugeführt werden.
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Der Flüssigkeitsstand in dem Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 kann mittels eines Flüssigkeitsstandreglers 97 geregelt werden. Etwaiges Überstandswasser kann über einen Überlauf 99 abgelassen werden.
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Der pH-Wert der Prozessflüssigkeit im Prozesssammelbehälter 7 wird mittels einer pH-Wert-Steuereinrichtung 104 überwacht. Bei zu niedrigem pH-Wert führt die pH-Wert-Steuereinrichtung dem Prozessflüssigkeitssammelbehälter 7 Reaktionsmittelkonzentrat aus dem Reaktionsmittelbehälter 101 vermittels der Pumpe 103 zu, bis der gewünschte pH-Wert wieder eingestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4221939 C2 [0003]
- DE 1244718 [0003]
- WO 90/00473 A [0003]
- EP 0422337 B1 [0003]
- DE 3703803 A1 [0003]
- DE 2250828 [0003]
- DE 4236640 C2 [0003, 0043]
