DE3804179C2

DE3804179C2 -

Info

Publication number: DE3804179C2
Application number: DE3804179A
Authority: DE
Inventors: Udo 4010 Hilden De Schmitz
Original assignee: LAir Liquide GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 1988-02-11
Filing date: 1988-02-11
Publication date: 1990-03-15
Also published as: JPH01293125A; PT89646A; DK50689A; EP0328444A3; DK50689D0; EP0328444A2; BR8900535A; AU2977889A; AU615257B2; DE3804179A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lösen von Gas in Flüssigkeiten.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zum Lösen von Gas in Flüssigkeiten bekannt, insbesondere für die Neutralisation von alkalischen Flüssigkeiten mit Hilfe von Kohlendioxid. Solche Anlagen bestehen im wesentlichen aus einer Förderpumpe, einem CO₂-Mischsystem, einer Reaktionsstrecke oder einem entsprechenden Reaktionsbehälter und einer pH-Meßstelle. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der CO₂-Menge. Aus der DE-PS 26 38 428 ist ein Verfahren zur Neutralisation von alkalischem Abwasser durch Beimischen eines neutralisierenden Gases bekannt, bei dem Abwasser und ein Gas getrennt einer speziell ausgestalteten Düse zugeführt werden. Die DE-PS 26 27 880 offenbart ein Verfahren für die Zerstäubung von Flüssigkeiten mit Hilfe von Gasen oder für die Zerteilung von Gasen in kleine Blasen mit Hilfe einer Flüssigkeit, wobei beide Phasen miteinander vermischt werden.

Alle bekannten Verfahren zum Lösen von Gasen in Flüssigkeiten haben jedoch Nachteile. Sie erfordern große aufwendige Anlagen und damit auch hohe Investitionskosten. Hinzu kommt, daß ein hoher Regelaufwand erforderlich ist, da hochwertige, teure Regelgeräte eingesetzt werden müssen. Ferner besteht die Gefahr, daß das Gas nicht vollständig gelöst wird und es so zu einer unverhältnismäßig hohen Ausgasung kommt. Ebenso sind die Verfahren für höhere Temperaturen ungeeignet. Außerdem können die bekannten Anlagen nur für den Batch-Betrieb und nicht für kontinuierlichen Betrieb eingesetzt werden. Schließlich müssen die Anlagen auf den spezifischen Anwendungsfall zugeschnitten werden, so daß eine Standardisierung nicht möglich ist. Die Neutralisierungsanlagen nach dem Stand der Technik haben zudem den Nachteil, daß starke Alkalitätsspitzen nicht neutralisiert werden können. Die Folge sind große Schwankungen des pH-Wertes im Auslauf. Bei niedrigen pH-Werten ist die CO₂-Umsetzung schlecht mit der Folge eines Minderlastbetriebes durch CO₂-Ausgasung.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Lösen von Gas in Flüssigkeiten mit einem Zulauf, einer Förderpumpe, einer Reaktionszone, einer in die Reaktionszone führenden Gaszuleitung, einer hinter der Reaktionszone angebrachten Meßsonde und einem Ablauf so zu verbessern, daß die Nachteile des Standes der Technik beseitigt und mit einfachen und preiswerten Mitteln eine extakte Regelung zum genau dosierten Lösen von Gas in Flüssigkeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich hinter der Meßsonde eine Rückführleitung befindet, durch die kontinuierlich ein Teilstrom des Reaktionsgemisches zur Pumpensaugseite vor die Reaktionszone zurückfließt, und hinter der Rückführleitung im Auslauf ein Stellglied angeordnet ist, das in Abhängigkeit von der durch die Meßsonde ermittelten Regelgröße und einem vorgegebenen Sollwert geöffnet oder geschlossen wird. Je nach Stellung des Stellgliedes wird die Rückführmenge gesteuert, und es stellt sich ein Verhältnis von Rückführmenge zur Auslaufmenge ein, welches sich automatisch dem jeweiligen Reaktionsaufwand anpaßt.

Die Meßsonde ist vorzugsweise ein Gerät, mit dem der pH-, der pO₂-, pCO₂- und rH-Wert bestimmt werden können. Bei der Reaktionszone handelt es sich um nach dem Stand der Technik gebräuchliche Reaktoren. Beispielsweise kann die in der DE-PS 26 38 428 dargestellte Düse verwendet werden. Vor der Zuleitung kann ein Pufferbehälter mit einer Einrichtung zur Regelung der Flüssigkeitshöhe und einem Zulauf angeordnet werden. Im Auslauf können beliebige Stellglieder eingesetzt werden, bevorzugt Motorstellglieder.

Bei den eingesetzten Gasen handelt es sich insbesondere um Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserstoff.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für die Neutralisation von Flüssigkeiten mit Hilfe von Kohlendioxid anwendbar. Ganz besonders ist die Anlage zur Neutralisierung von stark alkalischen Flüssigkeiten geeignet. Der pH-Wert der zugeführten Flüssigkeiten kann über 12 liegen, so zwischen 12 und 14. Als Gas für die Neutralisation kann Kohlendioxid eingesetzt werden.

So kann bei einer Neutralisierung auf aufwendige Reaktionszonen verzichtet werden. Infolgedessen sind raum- und kostenintensive Nachreaktionszonen nicht mehr nötig. Durch den Rückführmechanismus kann nämlich die Flüssigkeit so lange im Kreis geführt werden und mit Kohlendioxid versetzt werden, bis die Neutralisierung eingetreten ist. Durch eine Meßsonde wird fortwährend der pH-Wert bestimmt. Bei Erreichen eines bestimmten pH-Wertes wird über eine Regeleinrichtung ein Ventil im Auslauf geöffnet, so daß die neutralisierte Flüssigkeit die Anlage verläßt. Der pH-Wert der ausfließenden Flüssigkeit liegt zwischen 6,5 und 9,0, vorzugsweise bei 8.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich wesentlich vom bisherigen Stand der Technik, insbesondere durch die Rückführung eines Teilstromes zum Reaktionsort und die durchlaufmengenabhängige Regelung. Es handelt sich um eine neue Konzeption, die alle bisherigen Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Damit ergibt sich eine einfachere und kostengünstigere Alternative zum bisherigen Stand der Technik.

Die Vorrichtung ist universell überall dort einsetzbar, wo schwer lösliche Gase, wie H₂ und O₂, bis nahezu Sättigungsgrenze in einer Flüssigkeit gelöst werden sollen. Weiterhin kann man chemische Flüssigkeit-Gasreaktionen bei einem stofflichen, technischen und wirtschaftlichen Optimum realisieren. Schließlich ist auch das Ausstrippen von Gasen aus kontaminierten Flüssigkeiten möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vor allem bei der Neutralisierung erhebliche Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik insofern auf, als entsprechend den behördlichen Auflagen tatsächlich nur neutralisiertes Abwasser abgegeben wird. Das neutralisierte Ablaufwasser und die Rückführwassermenge stellen sich automatisch und dynamisch nach dem jeweiligen Neutralisationsaufwand ein. Darüber hinaus können Abwässer mit einem beliebig hohen pH-Wert neutralisiert werden.

Ferner läßt sich die erfindungsgemäße Anlage sowohl für den Durchlauf- als auch für den Batchbetrieb verwenden. Das Verhältnis der Gasmenge zur Abwassermenge wird jeweils konstant eingestellt. Die Folge ist, daß das Reaktionssystem jeweils am optimalen Betriebspunkt mit höchstem Wirkungsgrad arbeitet. Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Düse gemäß der DE-PS 26 38 428 einen bisher nicht bekannten Wirkungsgrad erreichen. Die Rückführung hat auch den Vorteil, daß selbst bei höheren Temperaturen, bei denen die Neutralisation bisher Schwierigkeiten bereitet, neutralisiert werden kann. Die Neutralisation erfordert in diesem Fall keine besonderen Reaktionsbehälter.

In der folgenden Tabelle sind die aufgezeigten Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik, der ohne Rückführung arbeitet, nochmals aufgeführt und ergänzt.

Vergleich zwischen einem Verfahren zur Neutralisierung einer Flüssigkeit und dem erfindungsgemäßen Verfahren

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt das Schema einer besonders bevorzugten Ausführungsform, die sich vorzugsweise für die Neutralisation von stark alkalischen Flüssigkeiten mit Hilfe von Kohlendioxid eignet.

In Fig. 1 wird die Flüssigkeit über den Zulauf 1 der Anlage zugeführt. Die Flüssigkeit wird über die Pumpe 2 der Reaktionszone 3 zugeführt. Dieser Reaktionszone wird über eine Gaszuleitung 4 auch das Gas zugeführt, das in der Flüssigkeit gelöst werden soll. Das Flüssigkeits-Gas-Gemisch wird über die Meßsonde 5 ständig kontrolliert. Je nach zugeführtem Gas bzw. Reaktion kann es sich um eine pH-, pO₂-, pCO₂ oder rH-Sonde handeln. In Abhängigkeit von den gemessenen Werten öffnet oder schließt im Auslauf das Stellglied 8, z. B. ein Ventil, welches über die Regeleinrichtung 9 betätigt wird. Je nach Stellung des Stellglieds 8 wird ein Teilstrom der Reaktionslösung über die Rückführleitung 7 zurückgeführt und über die Pumpe 2 erneut in die Reaktionszone 3 eingebracht, wo wiederum über die Gasleitung 4 Gas eingegeben wird. Die Differenzmenge von Zulauf und Teilstrom verläßt die Anlage über den Auslauf 6. Gleichzeitig tritt die entsprechende Flüssigkeitsmenge erneut über den Zulauf 1 in die Anlage ein. Ein Verhältnis von zurückgeführtem Teilstrom zur Auslaufmenge stellt sich automatisch, je nach Sollwertvorgabe, ein. Dadurch wird erreicht, daß nur Flüssigkeit entsprechend der Sollwertvorgabe über den Auslauf 6 abgeleitet wird. Durch geeignete Wahl des Rückführverhältnisses lassen sich Flüssigkeiten bis nahe an ihre Sättigungsgrenze mit Gas anreichern.

In Fig. 2 wird alkalisches Abwasser über den Zulauf 17 zunächst einem Pufferbehälter 16 zugeführt. Sobald ein oberer Niveaupunkt im Pufferbehälter 16 erreicht ist, der mittels der Einrichtung 15 kontrolliert wird, wird über die Schaltstelle 10 der Regler 11 und der Motor 12 der Pumpe 2 in Betrieb gesetzt. Diese fördert das Abwasser über die Reaktionszone 3 zur Meßsonde 5. Solange pH-Werte oberhalb des Sollwertes, der vorzugsweise im Bereich von pH=6,5-9 liegt, angezeigt werden, bleibt das über den Motor 13 getriebene Stellglied 8 geschlossen. Das Kohlendioxiddosierungsventil 14 wird geöffnet, so daß durch die Gaszuleitung 4 das Gas in die Reaktionszone 3 fließen kann. Gleichzeitig wird das Abwasser über die Rückführleitung 7 wieder der Reaktionszone 3 zugeführt. Erreicht das Abwasser an der Meßsonde 5 den eingestellten Sollwert, so öffnet das Stellglied 8 und ein Teil des Abwassers gelangt durch den Auslauf 6. Gleichzeitig gelangt ein gleichgroßer Teil unbehandelten Abwassers in den Zulauf 1 und tritt vermischt mit dem Strom durch die Rückführleitung 7 in die Reaktionszone 3 ein. In dieser wird das Gemisch erneut mit Kolendioxidgas versetzt. Weicht der nunmehr gemessene Wert an der Meßsonde 5 vom Sollwert des Reglers 11 ab, so korrigiert das Stellglied 8 die Auslaufmenge, somit die Zulaufmenge und die Rückführmenge, so daß nur Abwasser entsprechend dem gemessenen Sollwert abgeführt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Lösen von Gas in Flüssigkeiten mit

a) einem Zulauf (1),
b) einer Förderpumpe (2),
c) einer Reaktionszone (3),
d) einer in die Reaktionszone (3) führenden Gaszuleitung (4),
e) einer hinter der Reaktionszone (3) angebrachten Meßsonde (5) und
f) einem Auslauf (6),

gekennzeichnet durch

g) eine Rückführleitung (7) hinter der Meßsonde (5) für den kontinuierlichen Rückfluß eines Teilstroms des Gas-Flüssigkeits-Gemisches vor die Reaktionszone (3) und
h) ein Stellglied (8) hinter der Rückführleitung (7) im Auslauf (6), das in Abhängigkeit von der Differenz der durch die Meßsonde (5) ermittelten Regelgröße und einem vorgegebenen Sollwert geöffnet und geschlossen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde ein Gerät zur Bestimmung des pH-, pO₂-, pCO₂- und/oder rH-Werts ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor dem Zulauf (1) ein Pufferbehälter (16) mit einer Einrichtung (15) zur Regelung der Flüssigkeitshöhe und einem Zulauf (17) befindet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8) ein Motorstellglied ist.