DE19540012A1 - Anlage zur Feinstverteilung eines Gases in einer Flüssigkeit, vorzugsweise zur Hydrierung von Flüssigkeiten, sowie Verfahren zum Betreiben der Anlage - Google Patents
Anlage zur Feinstverteilung eines Gases in einer Flüssigkeit, vorzugsweise zur Hydrierung von Flüssigkeiten, sowie Verfahren zum Betreiben der AnlageInfo
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- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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- C02F2101/10—Inorganic compounds
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Feinstverteilung eines Gases in einer Flüssigkeit,
vorzugsweise zur Hydrierung von Flüssigkeiten, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1. Sie gewährleistet eine erhöhte Wirtschaftlichkeit und ist unter anderem
zur katalytischen Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit in mit Wasserstoff beladenem
Wasser einsetzbar. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben der Anlage gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 20 angegeben. Die bezeichnete Anlage sowie das
Verfahren zu ihrem Betrieb ermöglichen eine kostengünstige Wasserbehandlung ohne das
Entstehen zu entsorgender Abfallprodukte.
Technische Gase spielen bei vielen Prozessen eine wichtige Rolle und werden oft als
Reaktionspartner zusammen mit einer flüssigen Phase angewendet. Im allgemeinen strebt
man eine möglichst feine Verteilung des Gases an; ideal wäre die vollkommene Lösung des
Gases in der Flüssigkeit. Zur Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten sind mechanisch
arbeitende Verfahren allgemein bekannt, die im wesentlichen auf die Erzeugung möglichst
großer Turbulenzen gerichtet sind. Gebräuchlich sind zum Beispiel Rührvorrichtungen und
statische Rohrmischer, in denen eine Vielzahl von Schikanen eingesetzt sind. Andere
Anlagen arbeiten unter Ausnutzung des sogenannten Ejektorprinzips, bei dem die
Strömungsenergie einer Flüssigkeit Gas aus einer im spitzen Winkel angeschlossenen
Rohrleitung mitreißt. Der Nachteil dieser mechanisch arbeitenden Verfahren besteht
einerseits in ihrem hohen Energiebedarf, was sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit der
Anlage auswirkt, und andererseits in einer begrenzten Wirksamkeit. Das heißt, die
Gasblasen können nicht beliebig zerteilt werden da die eingesetzte turbulenzerzeugende
Energie stets begrenzt ist.
Eines der wichtigsten technischen Gase ist Wasserstoff. Er wird nicht nur in der chemischen
Industrie zur Hydrierung unterschiedlichster Produkte verwendet, man nutzt Wasserstoff
auch zur Trinkwasseraufbereitung.
Aus DE-A1 38 30 850 ist ein kontinuierlich durchführbares Verfahren zur Entfernung oder
Verminderung des Nitrit- und/oder Nitratgehaltes in Wasser bekannt, bei dem das belastete
Wasser mit Wasserstoffgas begast und mit einem geeigneten Metallkatalysator kontaktiert
wird. Als Katalysatormaterialien werden Palladium und/oder Rhodium und als Aktivator ein
Metall der Kupfergruppe, sofern Nitrat und/oder Nitrit im Wasser vorkommen,
vorgeschlagen. Als Katalysatorträger sind poröse Teilchen, vorzugsweise auf der Basis von
Aluminiumoxid, mit einer bimodalen Porenradienverteilung mit einem mindestens 20%igen
Anteil bezogen auf das Gesamtporenvolumen an den Makroporen mit einem Mindestradius
von 2000 Å vorgesehen. Alternativ dazu wird vorgeschlagen, Teilchen kleiner 20 µm zu
verwenden, wobei das Metall auf der Oberfläche konzentriert sein soll.
Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Anlage besteht im wesentlichen aus
einer Vorbehandlungsstufe, in der eine Filtration und - soweit erforderlich - eine Entkeimung
und pH-Werteinstellung des Wassers vorgenommen wird. Daran schließt sich ein mit einer
Wasserstoffquelle verbundenes H₂-Begasungsmodul an. Anschließend wird das Wasser
durch einen oder mehrere hintereinandergeschaltete Strömungsreaktoren geleitet, in denen
sich die katalytisch wirkende Füllung befindet.
Von Nachteil ist, daß die vorgeschlagene katalytisch wirkende Reaktorfüllung einen
vergleichsweise hohen hydraulischen Widerstand aufweist. Außerdem sind Vorkehrungen
erforderlich, die sicherstellen, daß der Flüssigkeitsstrom die nur staubkorngroßen
Katalysatorträger nicht aus der Anlage ausspült. Darüber hinaus wird ein relativ großer
Aufwand zur Verteilung des Wasserstoffs im H₂-Begasungsmodul betrieben, um eine
möglichst große Reaktionsfläche zu erzeugen. Dies kann jedoch mit den verwendeten
mechanischen Mitteln nur in sehr bescheidenem Maße gelingen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Feinstverteilung eines Gases in
einer Flüssigkeit, vorzugsweise zur Hydrierung von Flüssigkeiten, zur Verfügung zu stellen,
die bei vergleichsweise geringen technischen Aufwendungen eine wesentliche
Leistungssteigerung erlaubt. Dies soll durch eine möglichst homogene und blasenfreie
Verteilung des Gases in der Flüssigkeit erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum
Betreiben der Anlage hat die Aufgabe, einen effizienten Betrieb bei minimalen
Betriebskosten zu gewährleisten. Die Erfindung soll insbesondere zur Katalytischen
Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit in mit Wasserstoff beladenem Wasser geeignet sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der
Patentansprüche 1 bzw. 2 und 20 bzw. 22 gelöst. Die übrigen Ansprüche geben
Vorzugsvarianten der Erfindung wieder.
Das Wesen des Erfindungsgedankens besteht in der Verwendung eines Bereichs mit
gerichteter kapillarer Struktur, die vom Gas-Flüssigkeitsgemisch durch strömt wird und im
Strömungsweg angeordnet ist. Zur Minimierung des hydraulischen Druckverlustes sind die
kapillaren Strömungskanäle im wesentlichen parallel zum Hauptströmungsweg ausgerichtet
und ihre Oberflächen möglichst glatt. Zumindest diese Oberflächen weisen ein Material mit
guter Absorbtions- und Desorbtionsfähigkeit für das in der Flüssigkeit zu verteilende Gas auf.
Darüber hinaus sind Mittel vorgesehen, die den Betrieb dieses kapillarstrukturierten Bereichs
abwechselnd als Absorber und Desorber ermöglichen. Hierfür eignen sich Mittel zur
Erzeugung hinreichend großer Temperatur- und/oder Druckwechsel. Für den
erfindungsgemäßen Zweck lassen sich Erfahrungen verwerten, die bei der sogenannten
Temperatur- bzw. Druckwechselabsorbtion gewonnen wurden und in der einschlägigen
Literatur zur Verfügung stehen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anlage ist folgende:
Das Gas-Flüssigkeitsgemisch trifft entlang seines Strömungsweges auf die Kapillarstruktur und dringt darin ein. Dabei wirkt die Kapillarstruktur wie ein Zerkleinerer und Mischer für größere Gasblasen. Aufgrund der herrschenden Kapillarkräfte und einer Geschwindigkeit von vorzugsweise mehr als 0,05 m/s (bezogen auf die Viskosität von Wasser bei etwa 10°C) kommt es zu einem innigen Kontakt zwischen der Oberfläche der Kapillarstruktur und dem Gas der Gasbläschen. Trotz seiner großen inneren Oberfläche wird nur ein vergleichsweise geringer hydraulischer Widerstand verursacht, so daß relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten gefahren werden können, die die Dynamik im Grenzflächenbereich (Helmholtz-Schicht) von Flüssigphase und Wandung des Strömungskanals vorteilhaft beeinflussen. Die sogenannte Nernstsche Schichtdicke verringert sich erheblich, was zu einer bedeutenden Beschleunigung des Reaktionsablaufs führt. So bilden hohe Strömungsgeschwindigkeiten eine wichtige Voraussetzung für eine hohe Absorbtionsrate, das heißt, sie gewährleisten einen schnellen Einbau einer möglichst großen Gasmenge in das Kristallgefüge der Kapillarstruktur.
Das Gas-Flüssigkeitsgemisch trifft entlang seines Strömungsweges auf die Kapillarstruktur und dringt darin ein. Dabei wirkt die Kapillarstruktur wie ein Zerkleinerer und Mischer für größere Gasblasen. Aufgrund der herrschenden Kapillarkräfte und einer Geschwindigkeit von vorzugsweise mehr als 0,05 m/s (bezogen auf die Viskosität von Wasser bei etwa 10°C) kommt es zu einem innigen Kontakt zwischen der Oberfläche der Kapillarstruktur und dem Gas der Gasbläschen. Trotz seiner großen inneren Oberfläche wird nur ein vergleichsweise geringer hydraulischer Widerstand verursacht, so daß relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten gefahren werden können, die die Dynamik im Grenzflächenbereich (Helmholtz-Schicht) von Flüssigphase und Wandung des Strömungskanals vorteilhaft beeinflussen. Die sogenannte Nernstsche Schichtdicke verringert sich erheblich, was zu einer bedeutenden Beschleunigung des Reaktionsablaufs führt. So bilden hohe Strömungsgeschwindigkeiten eine wichtige Voraussetzung für eine hohe Absorbtionsrate, das heißt, sie gewährleisten einen schnellen Einbau einer möglichst großen Gasmenge in das Kristallgefüge der Kapillarstruktur.
Nachdem eine hinreichende Menge des Gases auf einem unteren Temperatur- und/oder
Druckniveau in das Material der Kapillarstruktur absorbiert ist, kann der Prozeß umgekehrt
werden. Durch Erhöhung von Temperatur und/oder Druck wird die Desorbtion des soeben
aufgenommenen Gases eingeleitet. Dabei sollte eine möglichst gleichmäßige Abgabe des
Gases an den Flüssigkeitsstrom gewährleistet werden, damit eine gleichmäßige Beladung
der Flüssigkeit erfolgt.
Während das absorbierte Gas vor der Kapillarstruktur noch in der gasförmigen Phase (also
in Form von Bläschen) vorlag, ist das desorbierte Gas nach der Kapillarstruktur
weitestgehend molekular und in klusterartigen Verbänden in der Flüssigkeit gelöst. Hierdurch
wird die Reaktionsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit um mehrere Größenordnungen
vergrößert, was die notwendige Verweilzeit in einem Reaktor drastisch verringert und zu
einer stark verbesserten Ausnutzung nachgeschalteter katalytischer Reaktoren führt. Mithin
können erhebliche Mengen teuren Katalysatormaterials eingespart und die Größe der
Anlage reduziert werden. Alternativ ist natürlich auch eine Steigerung des
Anlagendurchsatzes möglich.
Untersuchungen an Strömungsreaktoren, aufgebaut aus einer Vielzahl aneinander
gestapelter folienartiger Elemente auf der Basis eines sehr glatten glasmetallischen,
amorphen Werkstoffs, haben ergeben, daß etwa ab einer Strömungsgeschwindigkeit von
0,05 m/s in den kapillaren Kanälen optimale Reaktionsbedingungen erreicht werden. Die als
Spalten ausgebildeten kapillaren Kanäle wiesen eine mittlere Weite von 0,08 mm bis 0,4 mm
auf. Ähnliche Kapillarstrukturen können auch auf der Basis von keramischen Werkstoffen,
Kunststoffen oder anderen Werkstoffen erzeugt werden, zum Beispiel durch Extrusion. Nach
ihrer Beschichtung mit für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Materialien für die
Absorbtion bzw. Desorbtion des entsprechenden Gases, sind auch derartige
Kapillarstrukturen für den erfindungsgemäßen Zweck einsetzbar.
Der erfindungsgemäße Bereich zur alternierenden Absorbtion und Desorbtion des
betreffenden Gases mit seinen im wesentlichen unidirektional gerichteten Strömungskanälen
kann unter Anwendung verschiedenster Materialien auf unterschiedliche Weise gestaltet
sein. Beispielsweise können die kapillaren Spalten von aufeinandergestapelten folienartigen
Elementen gebildet sein, wobei die kapillaren Spalten von Profilierungen fixiert werden, die
wenigstens jedes zweite der folienartigen Elemente aufweist. Solche Profilierungen können
quer zur Längsachse der folienartigen Elemente verlaufende Wellungen oder Prägungen,
aber auch Materialauftragungen sein. Die Materialien können nahezu beliebig gewählt
werden, das heißt, entsprechend des konkreten Anwendungsfalls wird ein geeignetes
Material eingesetzt. Natürlich muß die Oberfläche der Kapillarstruktur mit einer für den
vorgesehenen Absorbtions- und Desorbtionsprozeß geeigneten Werkstoff beschichtet
werden, soweit dieses Material nicht schon als Grundwerkstoff zur Herstellung der
Kapillarstruktur dient.
Eine kostengünstige Methode zur Erzeugung amorpher folienartiger Bänder besteht in der
Anwendung des sogenannten Schmelz-Spinn-Verfahrens. Hierdurch können auch
Legierungen erzeugt werden, die man in kristalliner Form nicht erhalten würde. Dies gilt
sowohl hinsichtlich der Möglichkeiten der Auswahl der Legierungspartner als auch
hinsichtlich ihrer anteilmäßigen Zusammensetzung. Die Dicke derart erzeugter Bänder liegt
im allgemeinen zwischen 10 µm und 100 µm. Durch das Wickeln der beschriebenen, mit
Profilierungen zur kapillaren Beabstandung versehenen folienartigen Elemente zu einer
Spirale entsteht eine Vielzahl quer zur Spiralebene verlaufender kapillarer Spalten.
Gemäß einer vorteilhaften Erfindungsvariante sind in einem Gehäuse mehrere
kapillarstrukturierte Bereiche hintereinander angeordnet, wobei sich die benachbarten
Bereiche jeweils im entgegengesetzten Prozeßregim befinden, das heißt, wenn sich der eine
Bereich in der Phase der Absorbtion befindet, so arbeitet der benachbarte Bereich in der
Phase der Desorbtion. Gasblasen, die einen vorangehenden Bereich passieren konnten,
werden mit dem Flüssigkeitsstrom dem nächsten kapillarstrukturierten Bereich zugeführt und
dort zumindest teilweise absorbiert. Hierdurch kann eine gleichmäßige Beladung des
Flüssigkeitsstromes erreicht werden. Aber auch beim Einsatz nur eines erfindungsgemäßen
Bereichs kann eine gleichmäßige Beladung ohne diskontinuierliche Betriebsweise erreicht
werden, wenn ein Teil des Flüssigkeitsstroms über einen Bypass im Kreis gefahren wird.
Das durch Desorbtion freigesetzte feinstverteilte Gas sollte auf seinem Weg zwischen zwei
erfindungsgemäßen Bereichen weitestgehend für die vorgesehene Reaktion verbraucht
werden, damit möglichst nur in Gasblasen auftretendes Gas zur Absorbtion zur Verfügung
steht. Soweit es sich um eine katalytisch unterstützte Reaktion handelt, ist es zweckmäßig,
den Raum zwischen den Bereichen mit geeigneten Reaktorpackungen auszufüllen. Sollten
gasförmige Reaktionsprodukte in erheblichem Maße entstehen, so können vor jedem
kapillarstrukturiertem Bereiche oder vor einem Teil der Bereiche Mittel zu deren
Ausschleusung vorgesehen sein.
Die Gliederung der Anlage in einzelne, die Reaktorpackung aufnehmende Zwischenzargen
und dazwischen angeordnete kapillarstrukturierte Bereiche gestattet eine rationelle und an
unterschiedlichste Anforderungen anpaßbare Modulbauweise. Mit der Aneinanderreihung
der Zwischenzargen und der erfindungsgemäßen Bereiche kann in gewünschter Weise auf
die Verweilzeit des Flüssigkeitsstromes Einfluß genommen werden, wobei zwischen zwei
benachbarten Zwischenzargen auch mehrere absorbierende/desorbierende Bereiche
eingesetzt sein können. Ebenso ist es möglich, mehrere Zwischenzargen zwischen zwei
dieser Bereiche anzuordnen.
Soweit die durchzuführende Reaktion nicht ohnehin unter erhöhtem Druck erfolgen soll und
deshalb entsprechende Druckbehälter und zugehörige Vorrichtungen (Kompressoren,
Druckminderungsventile und anderes) zur Verfügung stehen, wird die
Temperaturwechselabsorbtion in der Regel mit weniger Aufwand anwendbar sein. Für
diesen Fall sind Energiequellen zur Beheizung der betreffenden Bereiche vorzusehen, die an
den Aufbau dieser Bereiche angepaßt sein müssen.
Beispielsweise kann der zu beheizende Bereich von zwei scheibenförmigen Elektroden mit
gerichteter kapillarer Struktur gebildet sein, zum Beispiel in Form einer aus dünnem
bandartigen Material gewickelten Spirale, wie sie dem Prinzip nach bereits beschrieben
wurde. Verbindet man das kurz beabstandete Elektroden paar mit einer
Wechselspannungsquelle, so können diese direkt elektrisch beheizt werden, vorausgesetzt,
die durchströmende Flüssigkeit ist elektrisch leitend, zum Beispiel Wasser. Die
Wechselspannungsfrequenz muß so ausreichend hoch sein, daß keine Elektrolyseprodukte
entstehen, wenn die Spannung über der Zersetzungsspannung liegt.
Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet für derart aufgebaute beheizbare Bereiche sind
Strömungsreaktoren zur Entfernung von Sauerstoff aus dem Wasser von Heizkreisläufen
und insbesondere aus sogenanntem Kesselspeisewasser, um der Korrosion von Behältern
und Rohrleitungen entgegenzuwirken. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche des
Strömungsreaktors mit einem geeigneten Katalysatormaterial, vorzugsweise aus der
Platingruppe, beschichtet und das zu behandelnde Wasser im stöchiometrischen Verhältnis
mit Wasserstoff beladen. Der Katalysator ermöglicht die Umsetzung des gelösten
Sauerstoffs mit dem zugeführten Wasserstoff zu Wasser, so daß kein aus der Anlage
auszuschleusendes Reaktionsprodukt entsteht.
Ein weiteres Einsatzgebiet besteht in Anlagen zur katalytischen Reduzierung von Nitrat
und/oder Nitrit in Wasser, insbesondere in Trinkwasser, unter Einsatz von Wasserstoff zur
Umwandlung des Nitrats/Nitrits in Wasser und Stickstoff. Für diesen Anwendungsfall, wie
auch für die Kesselspeisewasseraufbereitung, sollte der Reaktor direkt mit einem
Wasserelektrolyseur als Wasserstoffquelle verbunden sein. Vorzugsweise ist der
Wasserelektrolyseur vom SPE-Typ und weist auf der Kathodenseite der ionenleitenden
Membran eine angrenzende Kapillarstruktur auf, die die wesentlichen Gestaltungsmerkmale
der schon beschriebenen gerichteten, kapillarstrukturierten Bereiche realisiert. Leitet man
wenigstens einen Teil des zu behandelnden Wassers zum Zwecke der Begasung durch die
kathodenseitige Kapillarstruktur des Wasserelektrolyseurs, so erzielt man, selbst unter
ungünstigen Bedingungen (zum Beispiel: sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit), eine
bedeutend feinere und gleichmäßigere Gasblasenverteilung, als mit den eingangs
angeführten mechanischen Verfahren. Die Gasbläschen werden vom Wasserstrom
mitgerissen, noch bevor sie mit anderen Gasbläschen zu größeren Gasansammlungen
koagulieren können.
Für die direkte Begasung des Wassers im Elektrolyseur sollte unbedingt eine Zelle vom
SPE-Typ verwendet werden, da sie wegen ihrer ionenleitenden Membran ohne einen
Wasserübertritt zwischen Kathodenraum und Anodenraum auskommt. Im zu behandelnden
Wasser gelöste Salze würden den Elektrolyseprozeß beeinträchtigen. Insbesondere
Natriumchlorid würde an der Anode zur Bildung von Chlor führen, falls nicht entsprechend
resistente Materialien (zum Beispiel: Titan) eingesetzt sind, könnten diese zerstört werden.
Verfahren, die auf der Basis polarer Flüssigkeiten, wie Wasser, arbeiten, können als
Energiequelle für den zu beheizenden Bereich auch Mikrowellen einsetzen. Dies wäre
jedoch eine indirekte Beheizung, da zunächst die Flüssigkeit erhitzt würde, die ihrerseits
anschließend einen Teil der zugeführten Energie an die eigentlich zu beheizende
Kapillarstruktur abgibt. Diese Variante ist eher für diskontinuierliche Verfahren wirtschaftlich
einsetzbar, bei denen der Flüssigkeitsstrom ohnehin eine Temperaturerhöhung erfahren soll.
Ähnliches gilt für Widerstandsheizungen, die nach dem Prinzip eines Wasserboilers arbeiten
und in Strömungsrichtung vor dem zu beheizenden Bereich angeordnet sind. Eine
effektivere Art der Widerstandsheizung ist bei einer elektrisch leitenden Kapillarstruktur
möglich, wenn der Heizstrom direkt durch diese hindurch geleitet werden kann.
Sofern es die verwendeten Materialien und die konstruktiven Gegebenheiten der Anlage
zulassen, sollte eine induktive Heizung vorgesehen werden, da die Heizenergie unmittelbar
im Material des zu beheizenden Bereichs entsteht und kein körperlicher Eingriff in den
Strömungsweg der Anlage erforderlich ist.
Die für die sich anschließende Absorbtionsphase notwendige Abkühlung des beheizbaren
Bereichs kann durch den Flüssigkeitsstrom gewährleistet werden, der quasi als Kühlmittel
fungiert.
Zur Speicherung von Wasserstoff wurde bereits eine größere Anzahl von Materialien
entwickelt, wie zum Beispiel Magnesium-Eisen-Hydrid Wasserstoffspeichernde Schichten
lassen sich vor allem auf der Basis von Nickel, Aluminium und/oder den Metallen der
Platingruppe in die kapillare Struktur des zu beheizenden Bereichs einlagern. Welches der
Materialien zum Einsatz kommen kann hängt nicht zuletzt vom jeweiligen Prozeß selbst ab,
das heißt, unter anderem von der Aggressivität der zu begasenden Flüssigkeit und den
Temperaturbedingungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen sowie der dargestellten
Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs
mit einer induktiven Heizung;
Fig. 2 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs
mit einer Mikrowellenheizung für eine polare Flüssigkeit;
Fig. 3 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs
mit einer Heizschlange;
Fig. 4 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs
mit einer direkten Widerstandsheizung;
Fig. 5 schematische Darstellung eines Reaktors zur Beladung des mit Nitrat
verunreinigten Wassers mit Wasserstoff, wobei das Gas-Flüssigkeitsgemisch
gemeinsam dem Reaktoreinlauf zugeführt wird;
Fig. 6 schematische Darstellung eines Reaktors zur Beladung des mit Nitrat
verunreinigten Wassers mit Wasserstoff, wobei Gas und Wasser dem
Reaktor getrennt zugeführt werden;
Fig. 7 schematische Darstellung einer Verschaltungsvariante von zwei parallel
betriebenen Reaktoren des in Fig. 6 dargestellten Typs;
Fig. 8 schematische Darstellung einer weiteren Verschaltungsvariante von zwei
parallel betriebenen Reaktoren;
Fig. 9 Querschnitt durch einen Reaktor mit kapillarstrukturierten, beheizbaren
Bereichen, die als paarige Elektroden ausgebildet und mit einer Wechsel
spannungsquelle verbunden sind;
Fig. 10 Anlagenschema zur Denitrifikation von Trinkwasser unter Verwendung eines
Wasserelektrolyseurs und eines Nachreaktors;
Fig. 11 schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teil eines aus
folienartigen Elementen aufgebauten Absorbtions-/Desorbtionsbereichs bzw.
einer Reaktorpackung;
Fig. 12 stark vergrößerte perspektivische Darstellung eines einzelnen folienartigen
Elements mit Distanzstegen;
Fig. 13 perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer aus mehreren
Packungseinheiten bestehenden Reaktorpackung;
Fig. 14 aus zwei folienartigen Bändern zu einer Spirale gewickelte Packungseinheit;
Fig. 15 aus mehreren spiralförmig gewickelten Packungseinheiten bestehende
Reaktorpackung.
Grundlage der erfindungsgemäßen Anlage zur Feinstverteilung eines Gases in einer
Flüssigkeit ist ein im Strömungsweg eines Gas-Flüssigkeitsgemisches angeordneter
kapillarstrukturierter Bereich, dessen Oberfläche zumindest teilweise aus einem Material mit
guter Absorbtions- und Desorbtionsfähigkeit für das dem Flüssigkeitsstrom zugegebene Gas
besteht. Auf diesen Bereich wirken periodisch Mittel ein, die das betreffende Material
bezüglich des Gases abwechselnd in eine absorbtive beziehungsweise desorbtive Phase
überführen. Geeignet hierfür sind Mittel zur Erzeugung eines hinreichend großen
Temperatur- und/oder Druckwechsels.
In den Ausführungsbeispielen dieser Erfindung werden ausschließlich Varianten unter
Ausnutzung der Temperaturwechselabsorbtion beschrieben. Die Prinzipien der
allgemeinbekannten Druckwechselabsorbtion können bei geeigneter Gestaltung der Anlage
natürlich ebenfalls für den erfindungsgemäßen Zweck eingesetzt werden. In diesem
Zusammenhang sei auf das Anlagenschema von Fig. 8 hingewiesen, das in einfacher
Weise auch für die Druckwechselabsorbtion Anwendung finden kann. Dazu wäre lediglich
sicherzustellen, daß die beiden parallel betriebenen Reaktoren 300l, 300r mit ihren
kapillarstrukturierten absorbtiven/desorbtiven Bereichen alternierend einem erhöhten Druck
ausgesetzt werden. Bezogen auf Fig. 8 befindet sich der Reaktor 300l gerade in der
Absorbtionsphase, wobei über die Gasverteiler 5 den Bereichen 1 Wasserstoffgas H₂
zugeführt wird. Deshalb ist der Druck im linken Reaktor 300l während dieser Phase niedriger
als der Druck im rechten Reaktor 300r, in dem der erhöhte Druck zur Desorbtion des Gases
aus den Bereichen 1 führt. Die geeignetsten Druckregims werden am besten experimentell
ermittelt; sie sind im wesentlichen abhängig vom eingesetzten Absorbtionsmaterial in der
Kapillarstruktur und vom vorherrschenden Temperaturniveau im Reaktor bzw. im
Absorbtionsbereich.
Die schematischen Darstellungen der Fig. 1 bis 4 zeigen beheizbare kapillarstrukturierte
Bereiche 1a, 1b, 1c, 1d, die von einem Gas-Flüssigkeitsgemisch, bestehend aus der
Flüssigkeit 2 und den Gasbläschen 3, durchströmt werden. Dabei ist angedeutet, daß die
Gasbläschen idealerweise während einer Absorbtionsphase vollständig von der
Kapillarstruktur des Bereichs 1a, 1b, 1c, 1d absorbiert werden und daß das Gas während
einer Desorbtionsphase in feinster Verteilung an die Flüssigkeit abgegeben wird, so daß das
Gas dann im Fluidstrom 2′ weitestgehend in gelöster, das heißt, in molekularer Form vorliegt.
Alle dargestellten Varianten sind auf eine Temperaturwechselabsorbtion ausgerichtet; sie
verwenden jedoch unterschiedliche physikalische Prinzipien zur Beheizung des kapillaren
Bereichs 1.
In Fig. 1 ist eine induktive Beheizung 10a des gut elektrisch leitenden Bereichs 1a
angedeutet. Mit Hilfe magnetischer Wechselfelder, die kräftige Wirbelströme hervorrufen,
erfolgt die Erwärmung des Bereichs 1a. Da die Eindringtiefe der Wirbelströme und somit die
Tiefe der erwärmten Schicht frequenzabhängig ist, kann bei Bedarf eine rasche Erwärmung
der oberflächennahen Schicht, in der die Absorbtions- und Desorbtionsvorgänge ablaufen,
erreicht werden.
Gemäß Fig. 2 ist zur Beheizung des Bereichs 1b eine Mikrowellenheizung 10b vorgesehen,
wobei zunächst die Flüssigkeit 2 erwärmt wird, die ihrerseits einen Teil der Wärme an den
Bereich 1b abgibt, wenn sie diesen entlang des Strömungsweges 20 passiert. Es handelt
sich hierbei um eine indirekte Beheizung des Bereichs 1b, die sich zur Erwärmung von
schlecht oder nicht leitenden Flüssigkeiten (wie zum Beispiel Wasser) mit polaren Molekülen
auf der Basis auftretender dielektrischer Verluste eignet. Bei der Dimensionierung derartiger
Heizungen ist zu berücksichtigen, daß die Eindringtiefe von der Wellenlänge des
Mikrowellenfeldes abhängt.
Ebenfalls indirekt erfolgt die Erwärmung des Bereichs 1c in Fig. 3. Eine konventionelle
Heizschlange 10c wird periodisch mit Energie versorgt und erwärmt so das vorbeiströmende
Wasser 2. Nach Beendigung jeder einzelnen Heizphase kommt es aufgrund der kälteren
Fluidströmung zu einer Abkühlung des Bereichs 1c, so daß eine neuerliche Absorbtion von
Gas erfolgen kann. Da keine separaten Mittel zur Kühlung der Bereiche 1a, 1b, 1c, 1d
vorgesehen sind, übernimmt die Fluidströmung diese Aufgabe auch in den anderen
Ausführungsbeispielen.
In Fig. 4 ist eine direkte Widerstandsheizung 10d unter unmittelbarer Einbeziehung des
elektrisch leitenden Materials des kapillaren Bereichs 1d angedeutet. Eine Erwärmung tritt
also auf infolge ohmscher Leistungsverluste.
Die beheizbaren Absorbtionsbereiche des im Querschnitt in Fig. 9 dargestellten Reaktors
sind von jeweils zwei scheibenförmigen Elektroden 1e′, 1e′′ mit einer gerichteten
Kapillarstruktur gebildet, deren Strömungskanäle sich im wesentlichen parallel zur
Hauptströmungsrichtung erstrecken. Die Elektroden 1e′, 1e′′ können einen Aufbau besitzen,
wie er beispielsweise in Fig. 14 dargestellt und weiter unten beschrieben ist. Während der
Heiz- bzw. Desorbtionsphase werden die Elektroden 1e′, 1e′′ von einer Wechselspannungs
quelle gespeist, die mit einer Steuerungseinrichtung in Verbindung steht. Die
Wechselspannungsfrequenz und Höhe der Spannung sind so gewählt, daß keine
Elektrolyseprodukte entstehen, falls Wasser oder eine andere elektrolytisch zersetzbare
Flüssigkeit zum Einsatz kommt.
Der Reaktor besteht im wesentlichen aus mehreren Zwischenzargen 3, zwischen denen die
beheizbaren Bereiche 1e′, 1e′′ angeordnet sind. An den Enden ist der Reaktor von einer
Einlaufzarge 31 bzw. einer Auslaufzarge 32 begrenzt. Falls der Reaktor für einen
katalytischen Prozeß eingesetzt werden soll, ist es sinnvoll, den Raum in den
Zwischenzargen 3 mit einer katalytischen Packung auszufüllen, die, ebenso wie die schon
beschriebenen Absorbtions-/Desorbtionsbereiche 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′, eine gerichtete
Kapillarstruktur aufweisen.
Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, sind sowohl zwischen den Kapillarspaltelek
troden 1e′, 1e′′ selbst, als auch zwischen den angrenzenden (nicht dargestellten)
Reaktorpackungen in den Zwischenzargen 3 Abstandshalter 11, 12 angeordnet. Zur
Verdeutlichung ist dies in einem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 9a dargestellt. Die
Stromversorgung der Elektroden 1e′, 1e′′ erfolgt über die am Umfang anliegenden
Elektrodenringe 10e′, 10e′′.
Nachfolgend werden Möglichkeiten zum Aufbau der kapillarstrukturierten Absorbtions-/De
sorbtionsbereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′ sowie der bei Bedarf einzusetzenden
Reaktorpackungen angegeben. Eine erste Gestaltungsvariante besteht in der parallelen
Anordnung einer Vielzahl von folienartigen Elementen 4a, 4b, wobei sich gerade Elemente
4a und durch Wellungen profilierte Elemente 4b abwechseln. Fig. 11 zeigt einen stark
vergrößerten Ausschnitt der beschriebenen Anordnung. Hierbei bilden sich zwischen den
Elementen 4a, 4b kapillare Strömungskanäle 40a, deren Querschnitt von der Höhe der
Wellungen abhängig ist. Durch Zusammendrücken der aneinandergelagerten folienartigen
Elemente kann der Querschnitt der kapillaren Strömungskanäle 40a praktisch beliebig
reduziert und so optimal an die jeweils herrschenden Bedingungen angepaßt werden.
Soweit eine metallische Kapillarstruktur vorgesehen ist, läßt sich diese in vielen Fällen
besonders günstig durch bandförmige Folien-Elemente 4a, 4b herstellen, die nach dem
sogenannten Schmelz-Spinn-Verfahren erzeugt wurden. Dabei wird die gewünschte
Legierung, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysator- und Aktivatormaterial, im flüssigen
Zustand aus einer Kokille auf eine rotierende, gekühlte Trommel gegeben, wo die Schmelze
mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 Mio°K pro Sekunde abgeschreckt und der amorphe
Zustand der Schmelze eingefroren wird. Das Material weist eine vergleichsweise glatte
Oberfläche auf. Derzeit kann es mit einer Dicke von ca. 10 µm bis 120 µm und einer Breite
bis zu ca. 0,5 m hergestellt werden.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel aus einer Vielzahl von Möglichkeiten zur Anformung von
Profilelementen, die den kapillaren Abstand zwischen den benachbarten folienartigen
Elementen gewährleisten. Danach stellen die Distanzstege 41 des Elements 4c quer über
dessen Breite 42 verlaufende Materialerhebungen dar. In diesem Ausführungsbeispiel
entspricht die Höhe der Distanzelemente 41, welche den kapillaren Abstand definiert, etwa
der Dicke 43 des Elements 4c. Die geometrischen Abmessungen der Elemente sind im
wesentlichen von der Wahl des Werkstoffs und dem Herstellungsverfahren der
Folienelemente abhängig. Neben metallischen Werkstoffen können auch Kunststoffe und
keramische Werkstoffe zum Einsatz kommen. Bei Anwendung eines Extrusions- oder
Strangpreßverfahrens, beispielsweise bei dem ein Formwerkzeug zum Einsatz kommt,
sollten die Distanzstege 41 schon während des urformgebenden Prozesses angeformt
werden, so daß die Distanzstege 41 entlang der Längserstreckung des Bandes verlaufen.
Bei einem durch Walzen hergestellten Element könnte die profilerzeugende Matrize der
Walzenoberfläche auch so beschaffen sein, daß sich die Distanzstege 41 quer zur
Längsachse des Bandes erstrecken.
Fig. 13 zeigt schematisch eine aus vier Packungseinheiten 44 bestehende
Reaktorpackung, deren kapillare Struktur aus den voran beschriebenen folienartigen
Elementen 4a, 4b oder 1c oder ähnlichen Elementen aufgebaut wurde. Ihre, den kapillaren
Abstand 40 zwischen benachbarten Elementen 4 gewährleistenden Profilierungen
(Wellungen oder Distanzstege) erstrecken sich parallel zur Strömungsrichtung 20 der
Reaktanten und damit quer zur Längserstreckung der bandförmigen Elemente 4. Die
übereinander gestapelten Packungseinheiten 44 sind zu den benachbarten jeweils um 90
Grad verdreht, so daß sich die einzelnen Elemente 4 kreuzen.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer kapillaren Struktur auf der Basis folienartiger
Elemente 4a, 4b zeigt Fig. 14. Dementsprechend werden das gerade, unprofilierte
bandförmige Element 4a und das gewellte Element 4b gemeinsam zu einer spiralförmigen
Packungseinheit 44a gewickelt, die aufgrund ihrer kreisrunden äußeren Kontur besonders
für den Einsatz in einem zylindrischen Reaktor geeignet ist. Fig. 15 stellt eine aus mehreren
gewickelten Packungseinheiten 44a aufgebaute Reaktorpackung dar. Auch hier können die
kapillaren Strömungskanäle 40a durch mehr oder weniger straffes Wickeln dimensioniert
und so an die herrschenden Bedingungen angepaßt werden.
Beim Einsatz eines Reaktors gemäß den Fig. 9 und 9a zur Denitrifizierung von
Trinkwasser kommen aus Elektrodenpaaren 1e′, 1e′′ bestehende Absorbtions-/Desorb
tionsbereiche zur Anwendung, deren Kapillarstruktur der von Fig. 14 entsprach. Als
Ausgangsmaterial dienten amorphe Bänder mit einer Breite von etwa 5 mm. Unter den
gegebenen Bedingungen wurden Zyklen mit einer Dauer von etwa 30 Sekunden erfolgreich
getestet, wobei ein Zyklus die Absorbtions- und Desorbtionsphase umfaßt. In Abhängigkeit
von der Dimensionierung der Anlage und den Prozeßbedingungen können auch kürzere
Zyklen, etwa von 10 Sekunden Dauer, oder deutlich längere Zyklen mit einer Dauer von
einigen Minuten zweckdienlich sein. In jedem Falle sollte man aber dafür sorgen, daß eine
ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der gerichteten kapillaren
Strömungskanäle 40, 40a herrscht, um optimale hydraulische Stoffaustauschbedingungen
zu gewährleisten.
Hohe Strömungsgeschwindigkeiten beeinflussen die Dynamik im Grenzflächenbereich
(Helmholtz-Schicht) von Flüssigphase und Wandung des Strömungskanals vorteilhaft. Die
sogenannte Nernstsche Schichtdicke verringert sich erheblich, was insbesondere bei
katalytischen Prozessen zu einer erheblichen Beschleunigung des Reaktionsablaufs führt.
Untersuchungen haben ergeben, daß etwa ab einer Strömungsgeschwindigkeit von
0,05 m/s in den kapillaren Kanälen optimale Reaktionsbedingungen erreicht werden. Die als
Spalten ausgebildeten kapillaren Kanäle wiesen eine mittlere Weite von 0,08 mm bis 0,4 mm
auf. Es versteht sich von selbst, daß die genannte Strömungsgeschwindigkeit nur einen
Richtwert darstellen kann. Die jeweils optimale Strömungsgeschwindigkeit sollte unter realen
Prozeßbedingungen und unter Einsatz des vorgesehenen Reaktors ermittelt werden.
Nach einer Vorzugsvariante der Erfindung ist die Zyklusdauer zur Absorbtion und Desorbtion
des betreffenden Gases derart mit der Verweilzeit der Flüssigkeit abgestimmt, daß der
Flüssigkeitsstrom während der Zyklusdauer in etwa die Distanz zwischen zwei Bereichen 1,
1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′ überbrückt, die sich in der gleichen Arbeitsphase, also
Absorbtions- oder Desorbtionsphase, befinden. Dadurch wird sichergestellt, daß die
Flüssigkeit gleichmäßig mit feinstverteiltem, molekular desorbiertem Gas angereichert wird.
Fig. 5 zeigt die schematische Darstellung eines Reaktors für eine Anlage zur
Denitrifizierung von Trinkwasser. Er besteht aus mehreren Zwischenzargen 3, denen
beheizbare Bereiche 1, 1′, 1′′ vorgeschaltet sind. An die untere Einlaufzarge 31 ist eine
Leitung 310 für das mit Nitrat belastete Rohwasser angeschlossen, dem Wasserstoffgas
zugemischt wurde. Das obere Ende des Reaktors wird von einer Auslaufzarge 32 gebildet,
über die das aufbereitete Wasser abgeleitet wird.
Gemäß dieser Darstellung befindet sich der untere Bereich 1 in der Desorbtionsphase, da er
aufgeheizt wird, was durch die Richtung des Wärmestroms Q angedeutet ist. Die
Wärmezufuhr kann beispielsweise nach einer der bereits beschriebenen Methoden erfolgen.
Am vorteilhaftesten sind jedoch diejenigen Methoden, welche das kapillarstrukturierte
Material direkt, vorzugsweise nur in einem begrenzten Oberflächenbereich erwärmen und
somit eine nur unwesentliche Erhitzung der Fluidströmung verursachen.
Durch die Temperaturerhöhung des Materials des Bereichs 1 verringert sich dessen
Speicherkapazität für Wasserstoff. Der desorbierte Wasserstoff wird von der Kapillarstruktur
des Bereichs 1 an das vorbeiströmende Wasser in feinster, blasenfreier Form abgegeben.
Er bildet für das gelöste Nitrat eine weitaus größere Reaktionsfläche als die gleiche Menge
Wasserstoff in Form von Gasbläschen, auch wenn diese einen Durchmeser von nur
wenigen Mikrometern aufweisen würden. Bei der Reaktion des Wasserstoffs mit Nitrat an
einem Katalysator entstehen Wasser und Stickstoff.
Da sich der Bereich 1 definitionsgemäß in der Desorbtionsphase befindet, kann er natürlich
kein Wasserstoffgas aus den Bläschen aufnehmen und muß diese passieren lassen. Der
darüberliegende Bereich 1′ befindet sich zu diesem Zeitpunkt in der entgegengesetzten,
nämlich in der Absorbtionsphase, was durch den entsprechend angedeuteten Wärmestrom
Q verdeutlicht werden soll. Das Material dieses Bereichs 1′ wird durch den Flüssigkeitsstrom
abgekühlt, wodurch dieser wieder in die Lage versetzt wird, einen Teil des Wasserstoffs aus
den aufsteigenden Gasbläschen zu absorbieren, so daß das Gas-Flüssigkeitsgemisch 2′′
zwischen den Bereichen 1′ und 1′′ eine verringerte Menge gasförmigen Wasserstoffs enthält.
In dem Gas-Flüssigkeitsgemisch 2′′′ nach dem Bereich 1′′ sollte nach Möglichkeit kein
gasförmiger Wasserstoff (in Form von Gasbläschen) mehr vorkommen.
Die Dimensionierung des Reaktors sollte so erfolgen, daß der desorbierte, in gelöster Form
vorliegende Wasserstoff weitestgehend innerhalb einer Zwischenzarge 3 umgesetzt wird,
damit er bei Erreichen des nächsten (absorbierenden) Bereichs 1′ nicht zur Absorbtion zur
Verfügung steht. Besonders geeignet sind Katalysatorpackungen, die - ebenso wie die
Absorbtions-/Desorbtionsbereiche 1, 1′, 1′′ - eine gerichtete Kapillarstruktur aufweisen.
Auch die Erfindungsvariante gemäß Fig. 6 bezieht sich auf einen Reaktor zur
Trinkwasseraufbereitung, bei der jedoch Rohwasser und Wasserstoff getrennt zugeführt
werden. Über die Einlaufzarge 31 wird der Reaktor mit Rohwasser gespeist und passiert auf
seinem Weg zur Auslaufzarge 32 nacheinander mehrere Absorbtions-/Desorbtionsbereiche
1, 1′, 1′′, 1′′′, zwischen denen Zwischenzargen 3 mit (nicht dargestellten) katalytisch
wirkenden Reaktorpackungen angeordnet sind. Das Wasserstoffgas wird in den Reaktor
separat eingeleitet, und zwar direkt mittels unterhalb der Bereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′ angeordneter
Gasverteiler 5, 5′, 5′′, 5′′′. Die Gaszufuhr zu den einzelnen Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′ ist über die
Ventile 50, 50′, 50′′, 50′′′ derart gesteuert, daß nur diejenigen Bereiche 1′, 1′′′ mit
Wasserstoff versorgt werden, die sich in der Absorbtionsphase befinden. Die
desorbierenden Bereiche 1, 1′′ werden in dieser Phase erhitzt und geben molekularen
Wasserstoff an den Fluidstrom ab. Dieser reagiert unter Einwirkung des in den
Zwischenzargen vorgesehenen Katalysators unter Bildung von Wasser und Stickstoffgas mit
dem gelösten Nitrat. Der gebildete Stickstoff konzentriert sich im oberen Teil der
Zwischenzarge 3 und sollte unmittelbar unterhalb der Gasverteiler 5, 5′, 5′′, 5′′′ mittels
Gasausschleuser 6, 6′, 6′′ aus dem Reaktor entfernt werden, um negative Auswirkungen auf
die Effektivität des Absorbtionsprozesses in den Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′ zu vermeiden.
Die benachbarten Bereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′ befinden sich jeweils im entgegengesetzten
Prozeßregim, das in einem festgelegten Zyklus wechselt, so daß trotz der diskontinuierlichen
Elemente des Prozesses der Gesamtprozeß im Reaktor quasi kontinuierlich abläuft, da von
den Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′ des Reaktors praktisch stets die gleiche Menge Wasserstoff
absorbiert beziehungsweise desorbiert wird. Vorzugsweise ist die Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers so eingestellt, daß während eines Absorbtions-/Desorbtionszyklus, die Distanz
zwischen zwei Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′ zurückgelegt wird, die sich im selben Prozeßregim,
also in der Desorbtions- oder in der Absorbtionsphase befinden.
Eine Parallelschaltung des voran beschriebenen Reaktoraufbaus mit den Reaktoren 300l,
300r ist in Fig. 7 dargestellt. An einer gemeinsamen Gaszuleitung 500 sind die Gasverteiler
5, 5′, 5′′, 5′′′ beider Reaktoren 300l, 300r angeschlossen. Im übrigen gilt die Beschreibung zu
Fig. 6 analog.
Im Unterschied zur voran beschriebenen Ausführungsvariante befinden sich gemäß Fig. 8
sämtliche Bereiche 1 eines der beiden parallelgeschalteten Reaktoren 300l, 300r im selben
Prozeßregim, wobei sich jeweils der eine Reaktor 300l in der Absorbtionsphase befindet und
die entsprechenden Bereiche 1 mit Wasserstoffgas begast werden, während die Bereiche 1
des anderen Reaktors 300r zur selben Zeit Wasserstoff desorbieren. Vorzugsweise ist die
Anlage so ausgelegt, daß während der Zeit eines Prozeßzyklus der Bereiche 1 der
Fluidstrom die Distanz zwischen zwei benachbarten Bereichen 1 zurücklegt. So wird bei
einfacher Prozeßführung und geringem apparativen Aufbau eine gleichmäßige Beladung
des Flüssigkeitsstroms mit Wasserstoff gewährleistet.
An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, daß die Ausführungsvariante von Fig. 8, wie
schon weiter vorne beschrieben, besonders für Druckwechselabsorbtion geeignet ist, wobei
der Druck in den Reaktoren 300l, 300r zwischen zwei Druckniveaus schwankt und sich die
Reaktoren 300l, 300r jeweils im entgegengesetzten Prozeß- bzw. Druckregim befinden.
Fig. 10 stellt ein Anlagenschema zur Denitrifikation von Trinkwasser unter Verwendung
eines Wasserelektrolyseurs 7 zur direkten Beladung des Wassers mit Wasserstoff dar.
Darüber hinaus verwendet die Anlage einen dem Reaktor 300 nachgeschalteten
Nachreaktor 9, in dem in wirtschaftlicher Art und Weise der Restumsatz erfolgen soll.
Danach wird der Wasserelektrolyseur (vorzugsweise vom SPE-Typ) über die Zuleitung 70,
71 mit Rohwasser beschickt, das zu entfernendes Nitrat und/oder Nitrit enthält. Ein Bypass
72 ermöglicht, einen Teil des Rohwassers unter Umgehung des Elektrolyseurs 7 dem
nachgeschalteten Reaktor 300 zuzuführen, nachdem es in der Leitung 310 mit dem
wasserstoffbeladenen Wasser vermischt wurde. Dieser Bypassstrom kann beispielsweise
dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn aus Gründen des gewünschten Gesamtumsatzes
an NO₃ oder des Druckverlustes die Hindurchführung der gesamten Rohwassermenge
durch den Elektrolyseur 7 die wirtschaftliche Fahrweise der Anlage in Frage stellen würde.
Natürlich ist sicherzustellen, daß der Elektrolyseur 7 entsprechend der Gesamtmenge an
umzusetzendem Nitrat und/oder Nitrit im gesamten Rohwasserstrom genügend Wasserstoff
produziert.
Der Vorteil der direkten Begasung des Rohwassers mit Wasserstoff liegt insbesondere darin,
daß die Fluidströmung des Rohwassers die Gasblasen des Wasserstoffs von der Kathode
mitreißt, sobald diese den kritischen Blasenablösedurchmesser erreicht haben; eine
Koagulation der Wasserstoffblasen wird weitestgehend verhindert. Somit wird eine
außergewöhnlich feine und gleichmäßige Verteilung der Wasserstoffbläschen erzielt, was
sich vorteilhaft auf die Absorbtionsbedingungen der erfindungsgemäßen Bereiche 1, 1′, 1′′,
1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′ auswirkt.
Gesteuert wird die Wasserstoffproduktion von einer Meß- und Regeleinrichtung 91, die über
eine Signalleitung 91c mit dem Stromsteller 77 in Verbindung steht, mittels dem die
elektrische Leistung des Elektrolyseurs 7 eingestellt wird. Grundlage hierfür sind zwei
Meßstellen 910, 911 zur Ermittlung des Nitrat- und/oder Nitritgehalts im Rohwasserzulauf 70,
72 beziehungsweise im Trinkwasser der Leitung 90. Diese Meßstellen 910, 911 stehen über
die Meßstrecken 91a, 91b mit der Meß- und Regeleinrichtung 91 in Verbindung. Sie stellt
sicher, daß entsprechend dem abzubauenden Nitrat/Nitrit im richtigen stöchiometrischen
Verhältnis Wasserstoff produziert wird.
Über die Zuleitung 73, in der - falls erforderlich - eine Pumpe 75 angeordnet ist, wird der
Anodenraum des Elektrolyseurs 7 aus dem Tank 76 mit destilliertem Wasser versorgt. Am
Kopf des Anodenraums zweigt eine Leitung 74 ab, die in den Tank 76 gasförmigen
Sauerstoff und destilliertes Wasser zurückführt. Über die Leitung 700 strömt der Sauerstoff
ins Freie, falls er nicht in nachgeschalteten Speichern aufgefangen oder weiterverarbeitet
wird.
Aus dem Elektrolyseur 7 gelangt das wasserstoffbeladene Wasser über die Leitung 310 in
den Reaktor 300, der mit einer Kapillarstruktur ausgestattet ist. Zumindest seine Oberfläche
weist für den Abbau von Nitrat und/oder Nitrit geeignete Katalysatoren und Aktivatoren auf.
Die Kapazität des Strömungsreaktors 300 ist so dimensioniert, daß wenigstens 30%,
vorzugsweise 50 bis 60% des Sollumsatzes darin erbracht werden können. Der Restumsatz
soll in einem Nachreaktor 4 erfolgen, der über die Leitung 320 mit dem vorbehandelten
Wasser versorgt wird, das den Kopf des Reaktors 300 nach abgeschlossener Behandlung
verläßt. Zuvor ist jedoch der im Reaktor 300 gebildete Stickstoff über die Leitung 600′ aus der
Anlage auszuschleusen.
Der Nachreaktor 9 weist keine Katalysatoren, sondern ausschließlich Aktivatoren auf. Seine
Packung sollte vorzugsweise ebenfalls kapillarstrukturiert sein. Der darin gebildete Stickstoff
verläßt die Anlage über die Leitung 600′′.
Bezugszeichenliste
1 beheizbarer Bereich
1a beheizbarer Bereich
1b beheizbarer Bereich
1c beheizbarer Bereich
1d beheizbarer Bereich
1e′ Teil des beheizbaren Bereichs, Elektrode
1e′′ Teil des beheizbaren Bereichs, Elektrode
1′ beheizbarer Bereich
1′′ beheizbarer Bereich
1′′′ beheizbarer Bereich
10a induktive Heizung
10b Mikrowellenheizung
10c Heizschlange
10d direkte Widerstandsheizung
10e′ Elektrodenring
10e′′ Elektrodenring
11 Abstandshalter
12 Abstandshalter
13 Lochdeckel
14 Lochdeckel
2 Flüssigkeit vor einem beheizbaren Bereich
2′ Gas-Flüssigkeitsgemisch nach bzw zwischen zwei beheizbaren Bereichen
2′′ Gas-Flüssigkeitsgemisch zwischen zwei beheizbaren Bereichen
2′′′ Gas-Flüssigkeitsgemisch zwischen zwei beheizbaren Bereichen
20 Strömungsrichtung
3 Zwischenzarge
31 Einlaufzarge
32 Auslaufzarge
300 Reaktor
300l (linker) Reaktor
300r (rechter) Reaktor
310 Zuleitung für Gas-Flüssigkeitsgemisch
320 Ableitung für Flüssigkeit
4 folienartiges Element
4a folienartiges Element
4b folienartiges Element
4c folienartiges Element
40 kapillare Strömungskanäle, Spalten
40a kapillare Strömungskanäle, Spalten
40b kapillare Strömungskanäle, Spalten
41 Distanzsteg
42 Breite des folienartigen Elements
43 Dicke des folienartigen Elements
44 Packungseinheit
44a Packungseinheit
5 Gasverteiler
5′ Gasverteiler
5′′ Gasverteiler
5′′′ Gasverteiler
50 Ventil vor dem Gasverteiler
50′ Ventil vor dem Gasverteiler
50′′ Ventil vor dem Gasverteiler
50′′′ Ventil vor dem Gasverteiler
50l Ventil
50r Ventil
500 Gaszuleitung
500l Gaszuleitung
500r Gaszuleitung
6 Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′′′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
60 Ventil nach Gasausschleusung
60′ Ventil nach Gasausschleusung
60′′ Ventil nach Gasausschleusung
60′′′ Ventil nach Gasausschleusung
600 Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
600′ Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
600′′ Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
7 Wasserelektrolyseur
70 Rohwasserzulauf
71 Zuleitung
72 Bypass
73 Zuleitung
74 Leitung
75 Pumpe
76 Tank für destilliertes Wasser
77 Stromsteller
700 Ableitung für Sauerstoff
8 Stromversorgung
80 elektrische Schalter
9 Nachreaktor
90 Ableitung für aufbereitetes Wasser, Trinkwasser
91 Meß- und Regelungseinrichtung
91a Meßstrecke zur Nitrat-/Nitritmessung im Rohwasser
91b Meßstrecke zur Nitrat-/Nitritmessung im Trinkwasser
91c Signalleitung zur Steuerung des Stromstellers
910 Meßstelle zur Nitrat-/Nitritmessung in Rohwasser
911 Meßstelle zur Nitrat-/Nitritmessung in Trinkwasser
H₂ Wasserstoff
H₂O Wasser
N₂ Stickstoff
NO₃ Nitrat
Q Wärmestrom
1a beheizbarer Bereich
1b beheizbarer Bereich
1c beheizbarer Bereich
1d beheizbarer Bereich
1e′ Teil des beheizbaren Bereichs, Elektrode
1e′′ Teil des beheizbaren Bereichs, Elektrode
1′ beheizbarer Bereich
1′′ beheizbarer Bereich
1′′′ beheizbarer Bereich
10a induktive Heizung
10b Mikrowellenheizung
10c Heizschlange
10d direkte Widerstandsheizung
10e′ Elektrodenring
10e′′ Elektrodenring
11 Abstandshalter
12 Abstandshalter
13 Lochdeckel
14 Lochdeckel
2 Flüssigkeit vor einem beheizbaren Bereich
2′ Gas-Flüssigkeitsgemisch nach bzw zwischen zwei beheizbaren Bereichen
2′′ Gas-Flüssigkeitsgemisch zwischen zwei beheizbaren Bereichen
2′′′ Gas-Flüssigkeitsgemisch zwischen zwei beheizbaren Bereichen
20 Strömungsrichtung
3 Zwischenzarge
31 Einlaufzarge
32 Auslaufzarge
300 Reaktor
300l (linker) Reaktor
300r (rechter) Reaktor
310 Zuleitung für Gas-Flüssigkeitsgemisch
320 Ableitung für Flüssigkeit
4 folienartiges Element
4a folienartiges Element
4b folienartiges Element
4c folienartiges Element
40 kapillare Strömungskanäle, Spalten
40a kapillare Strömungskanäle, Spalten
40b kapillare Strömungskanäle, Spalten
41 Distanzsteg
42 Breite des folienartigen Elements
43 Dicke des folienartigen Elements
44 Packungseinheit
44a Packungseinheit
5 Gasverteiler
5′ Gasverteiler
5′′ Gasverteiler
5′′′ Gasverteiler
50 Ventil vor dem Gasverteiler
50′ Ventil vor dem Gasverteiler
50′′ Ventil vor dem Gasverteiler
50′′′ Ventil vor dem Gasverteiler
50l Ventil
50r Ventil
500 Gaszuleitung
500l Gaszuleitung
500r Gaszuleitung
6 Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′′′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
60 Ventil nach Gasausschleusung
60′ Ventil nach Gasausschleusung
60′′ Ventil nach Gasausschleusung
60′′′ Ventil nach Gasausschleusung
600 Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
600′ Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
600′′ Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
7 Wasserelektrolyseur
70 Rohwasserzulauf
71 Zuleitung
72 Bypass
73 Zuleitung
74 Leitung
75 Pumpe
76 Tank für destilliertes Wasser
77 Stromsteller
700 Ableitung für Sauerstoff
8 Stromversorgung
80 elektrische Schalter
9 Nachreaktor
90 Ableitung für aufbereitetes Wasser, Trinkwasser
91 Meß- und Regelungseinrichtung
91a Meßstrecke zur Nitrat-/Nitritmessung im Rohwasser
91b Meßstrecke zur Nitrat-/Nitritmessung im Trinkwasser
91c Signalleitung zur Steuerung des Stromstellers
910 Meßstelle zur Nitrat-/Nitritmessung in Rohwasser
911 Meßstelle zur Nitrat-/Nitritmessung in Trinkwasser
H₂ Wasserstoff
H₂O Wasser
N₂ Stickstoff
NO₃ Nitrat
Q Wärmestrom
Claims (27)
1. Anlage zur Feinstverteilung eines Gases in einer Flüssigkeit, vorzugsweise zur
Hydrierung von Flüssigkeiten,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Strömungsweg des zu beladenden Gas-Flüssigkeitsgemischs ein Bereich (1, 1′, 1′′,
1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) mit gerichteter kapillarer Struktur angeordnet ist, der zumindest
an seiner Oberfläche ein Material mit guter Absorbtions- und Desorbtionsfähigkeit für das
betreffende Gas aufweist, und daß Mittel (10a, 10b, 10c, 10d, 10e′, 10e′′) vorgesehen sind,
die bezüglich des Gases (zum Beispiel H₂) alternierend Prozeßbedingungen zur Einstellung
eines absorbtiven beziehungsweise desorbtiven Verhaltens des kapillarstrukturierten
Bereichs ermöglichen.
2. Anlage zur katalytischen Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit in mit Wasserstoff
beladenem Wasser nach Anspruch 1, bestehend im wesentlichen aus
- - einer Quelle für gasförmigen Wasserstoff,
- - einer Begasungseinrichtung zur möglichst homogenen Beladung des zu behandelnden Wassers mit Wasserstoff,
- - einem Reaktor zur katalytischen Umsetzung von Nitrat und/oder Nitrit an einem Katalysatorträger mit kapillarer Struktur und
- - einer Gasausschleusung am Kopf des Reaktors zur Abführung des bei der Reaktion gebildeten Stickstoffs sowie
- - Mitteln zum Steuern und Regeln der Anlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Zuführung des Wasserstoffs in den Strömungsweg des zu behandelnden Wassers wenigstens ein Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) mit feiner Kapillarstruktur angeordnet ist, der in gleichmäßiger Verteilung ein Material mit guter Hydrierbarkeit beziehungsweise Dehydrierbarkeit aufweist, und daß Mittel (10a, 10b, 10c, 10d, 10e′, 10e′′) zur Erhitzung dieses Bereichs vorgesehen sind.
daß nach der Zuführung des Wasserstoffs in den Strömungsweg des zu behandelnden Wassers wenigstens ein Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) mit feiner Kapillarstruktur angeordnet ist, der in gleichmäßiger Verteilung ein Material mit guter Hydrierbarkeit beziehungsweise Dehydrierbarkeit aufweist, und daß Mittel (10a, 10b, 10c, 10d, 10e′, 10e′′) zur Erhitzung dieses Bereichs vorgesehen sind.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzbaren Bereiche
(1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) in Strömungsrichtung hintereinander innerhalb eines
Reaktorgehäuses angeordnet sind.
4. Anlage nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste erhitzbare
Bereich (1) unmittelbar vor dem Reaktor oder unmittelbar vor der katalytischen
Reaktorpackung angeordnet ist.
5. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der erhitzbare Bereich von zwei scheibenförmigen Elektroden (10e′, 10e′′) mit
gerichteter kapillarer Struktur gebildet ist, deren Strömungskanäle im Form kapillarer Spalten
von einer Vielzahl aneinandergestapelter folienartiger Elemente (4a, 4b, 4c) begrenzt sind,
wobei zum Fixieren der kapillaren Spalten wenigstens jedes zweite folienartige Element (4b,
4c) Profilierungen aufweist.
6. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Profilierungen, zum Beispiel in Form von Materialwellungen, eine
quer zur Längsachse der folienartigen Elemente (4b) verlaufende Struktur aufweisen und
daß ein folienartiges Element - oder mehrere aneinandergestapelte folienartige Elemente
(4a, 4b) gleichzeitig - zu einer Spirale (44a) gewickelt sind, so daß die Spirale (44a) eine
Vielzahl quer zur Spiralebene verlaufende kapillare Strömungskanäle (Spalten 40a) bildet.
7. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Elektroden (10e′, 10e′′) eines beheizbaren
Bereichs mit den Polen einer Wechselspannungsquelle in Verbindung stehen, wobei die
Wechselspannungsquelle ihrerseits mit einer Steuerungseinrichtung verbunden ist.
8. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (10e′, 10e′′) selbst und den angrenzenden
Reaktorpackungen elektrisch isolierende Abstandshalter (11, 12) angeordnet sind.
9. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reaktor aus mehreren, die Reaktorpackungen (44, 44a)
aufnehmenden Zwischenzargen (3) aufgebaut ist, zwischen denen die beheizbaren Bereich
(1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) angeordnet sind, und daß die äußeren
Zwischenzargen jeweils von einem Lochboden (14) sowie einer Einauf- bzw. Auslaufzarge
(31, 32) begrenzt sind.
10. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem beheizbaren Bereich (1a) eine Vorrichtung zur induktiven Beheizung (10a) als
Energiequelle zugeordnet ist.
11. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem beheizbaren Bereich (1b) eine Vorrichtung (10b) zur Erzeugung von Mikrowellen als
Energiequelle zugeordnet ist.
12. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem beheizbaren Bereich eine Widerstandsheizung zugeordnet ist.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der beheizbare Bereich
(1d) elektrisch leitend und Bestandteil der Widerstandsheizung ist, wobei der Heizstrom den
Bereich zwischen zwei Polen durchfließt und aufgrund des ohmschen Widerstands eine
temperaturerhöhende Verlustwärme erzeugt.
14. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizung
als Wassererhitzer (Heizschlange 10c) ausgebildet und vor dem beheizbaren Bereich (1c)
angeordnet ist, so daß das erwärmte Wasser den Bereich (1c) beheizt.
15. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufzarge (31) des
Reaktors (300) mit einem Wasserelektrolyseur (7) vom SPE-Typ in Verbindung steht, der zur
Begasung des zu behandelnden Wassers mit Wasserstoff vorgesehen ist.
16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
SPE-Wasserelektrolyseurs (7) Katalysatormaterial und Aktivatormaterial zur Umsetzung des im
Wasser enthaltenen Nitrats und/oder Nitrits trägt und daß die Zuleitung (71) des
Kathodenraums mit der Rohwasserzuführung (70) in Verbindung steht, während der Auslauf
(310) des Kathodenraumes in die Einlaufzarge des Reaktors (300) mündet.
17. Anlage nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
SPE-Wasserelektrolyseurs (7) derart dimensioniert ist, daß sein Anteil am Soll-Umsatz des im
Wasser enthaltenen Nitrats und/oder Nitrits wenigstens 30% beträgt und daß der
Wasserelektrolyseur (7) Mittel zur Ausschleusung des darin gebildeten Stickstoffgases
aufweist.
18. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Oberfläche
der kapillaren Struktur des beheizbaren Bereichs (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) aus
Nickel, Aluminium und/oder einem Metall der Platingruppe besteht.
19. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kapazität zur Absorbtion/Desorbtion von Wasserstoff im
beheizbaren Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) unter Berücksichtigung der
Prozeßbedingungen (Druck, Temperatur) derart ausgelegt ist, daß dieser Wasserstoff für
eine hinreichende Denitrifizierung einer solchen Wassermenge ausreicht, die sich zwischen
zwei-benachbarten Bereichen (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) im gleichen
Prozeßregim befindet.
20. Verfahren zur Feinstverteilung eines Gases in einer Flüssigkeit, vorzugsweise zur
Hydrierung von Flüssigkeiten,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas einem Flüssigkeitsstrom zugeführt wird und daß das Gas-Flüssigkeitsgemisch
durch einen Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) mit gerichteter kapillarer Struktur
hindurchgeleitet wird, welche zumindest an ihrer Oberfläche ein Material mit guter
Absorbtions- und Desorbtionsfähigkeit für das betreffende Gas aufweist, und daß
alternierend Prozeßbedingungen eingestellt werden, die eine Absorbtion beziehungsweise
Desorbtion des Gases bewirken.
21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Temperatur- und/oder
Druckwechselabsorbtion.
22. Verfahren zum Betreiben der Anlage gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der beheizbare Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) für eine
vorgegebene Zeitdauer auf einem unteren Temperaturniveau von wasserstoffbeladenem
Rohwasser durchflutet wird, wobei Wasserstoff von dem dafür vorgesehenen Material
absorbiert wird, und daß anschließend der beheizbare Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d,
1e′, 1e′′) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer bis zum Erreichen eines oberen
Temperaturniveaus erwärmt wird, wobei Wasserstoff an das vorbeiströmende Rohwasser
abgegeben wird, und daß die Abkühlung des beheizbaren Bereichs (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c,
1d, 1e′, 1e′′) durch das hindurchströmende Wasser erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung und
Abkühlung der Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) kontinuierlich erfolgt.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
benachbarten (beheizbaren) Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) jeweils im
entgegengesetzt gerichteten Prozeßregim befinden, das heißt, wenn der eine beheizbare
Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) beheizt wird, dann werden die benachbarten
Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) gerade abgekühlt und umgekehrt.
25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß daß wenigstens zwei Reaktoren (300l, 300r) mit jeweils mehreren
Absorbtions-/Desorbtionsbereichen (1, 1′, 1′′, 1′′′) parallel betrieben werden, wobei sich die
Reaktoren (300l, 300r) jeweils im entgegengesetzt gerichteten Prozeßregim befinden, das
heißt, wenn sich zum Beispiel alle Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′) des einen Reaktors (300l) in der
Absorbtionsphase befinden und begast werden, befinden sich alle Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′)
des anderen Reaktors (300r) in der Desorbtionsphase und werden nicht begast.
26. Verfahren nach Anspruch 17 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein
Teilstrom des zu behandelnden Wassers zur Beladung mit Wasserstoff durch den
Kathodenraum des SPE-Wasserelektrolyseurs (7) geleitet wird und daß die Leistung des
SPE-Wasserelektrolyseurs (7) in Abhängigkeit vom Wasserdurchsatz der Gesamtanlage
und der Eingangskonzentration von Nitrat/Nitrit gesteuert wird, so daß Wasserstoff in einem
etwa stöchiometrischen Verhältnis zu dem umzusetzenden Nitrat/Nitrit an das
durchströmende Wasser abgegeben wird.
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