DE4238324A1 - Verfahren und Einrichtung zur Entgiftung von schadstoffhaltigen Gasen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Entgiftung von schadstoffhaltigen GasenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entgiftung
von schadstoffhaltigen, Sauerstoff enthaltenden Gasen sowie
auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ozon ist bekanntlich ein starkes Oxidationsmittel. Früher
wurde Ozon hauptsächlich bei der Wasseraufbereitung verwendet.
In der jüngsten Vergangenheit wird Ozon zunehmend auch als
Bleichmittel, z. B. in der Papierindustrie, oder zur Entgiftung
von Abgasen eingesetzt (vgl. B.Eliasson et al "Ozone synthesis
from oxygen in dielectric barrier discharges" in J.Phys.
D:Appl. Phys. 20 (1987) 1421-1437).
Mit den neuen leistungsfähigen UV- und VUV-Excimerstrahlern
(vgl. B.Eliasson et al "New excimer UV sources for industrial
applications" in ABB Review 3/91, S. 21-28) lassen sich ge
zielt Molekülbindungen spalten (Photospaltung oder Photolyse).
Mit UV-Strahlung geeigneter Wellenlänge kann die Photospaltung
in der Umwelttechnik zum Abbau von Verunreinigungen in Luft
und Wasser eingesetzt werden. So lassen sich zum Beispiel gif
tige chlorierte oder fluorierte Kohlenwasserstoffverbindungen
in Lösungsmitteldämpfen und im Trink- und Reinstwasser durch
Einsatz von UV-Strahlung geeigneter Wellenlänge abbauen. Neben
der direkten Photospaltung der Zielsubstanz können UV-Photonen
auch zur Erzeugung reaktionsfreudiger Radikale eingesetzt
werden, die dann die Zielsubstanz auf chemischem Wege angrei
fen. Als Beispiele seien Stickstoff-, Sauerstoff- oder Wasser
stoffatome genannt, aber auch NH2- oder OH-Radikale genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Einrichtung zur Entgiftung von schadstoffhaltigen, Sauer
stoff enthaltenden Gasen zu schaffen, welche die positiven Ei
genschaften sowohl der Ozonbehandlung als auch der Behandlung
mit UV-Strahlung in sich vereinigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
zu behandelnde Gas sowohl UV-Strahlung als auch der Einwirkung
von Ozon ausgesetzt wird.
Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Einrichtung
umfaßt dabei die folgenden Merkmale:
- - ein doppelwandiges Rohr aus dielektrischem Material, des sen äußere Wand mit einer Außenelektrode versehen ist, und dessen innere Wand für UV-Strahlung transparent ist,
- - eine im Inneren des doppelwandigen Rohres angeordnete Elektrodenanordnung, die in mindestestem einem ersten Längsabschnitt von der Innenwand des Rohres durch einen Spalt beabstandet ist, und die in mindestens einem zwei ten Längsabschnitt im wesentlichen an der besagten Innen wand anliegt,
- - durch den Innenraum des doppelwandigen Rohres (1) ist ein Gas hindurchführbar,
- - der Ringraum zwischen innerer und äußerer Wand des dop pelwandigen Rohres ist mit einem unter Entladungsbedin gungen UV-Strahlung aussendendem Füllgas gefüllt,
- - an die Außenelektrode und die besagte Elektrodenanord nung im Inneren des doppelwandigen Rohres ist eine Wechselstromquelle zur Speisung der Entladung angeschlos sen.
Der Erfindung liegt dabei die neue Erkenntnis zugrunde, daß
allein durch Variation des Abstandes zwischen dem Dielektrikum
und der Innenelektrode abschnittsweise gezielt Ozon bzw. UV-
Strahlung erzeugt werden kann, wobei sich beide Abschnitte
synergistisch fördern: Die im ersten Abschnitt (Ozonstufe)
stattfindende Zugabe von Ozon fördert gewisse Vorreaktionen
mit den im Gas enthaltenen Schadstoffen, die mit UV-Strahlung
(in der UV-Stufe) allein nicht oder nur unvollkommen ablaufen
würden. Zudem wird in der UV-Stufe überschüssiges Ozon wieder
abgebaut. Die Einrichtung ermöglicht zudem einen einfachen und
wirtschaftlichen Aufbau. Sie kann durch Parallel- und/oder
Hintereinanderschalten mehrerer dieser Einrichtungen, z. B. in
der Art von Rohrbündelreaktoren, wie sie aus der Ozontechnik
bekannt sind, ohne weiteres für größere Gasdurchsätze erwei
tert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren
Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu
tert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche
matisch dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Ent
giftung schadstoffhaltiger Gase im Längsschnitt;
Fig. 2 ein vereinfachtes Ablaufschema zur Entgiftung unter
Verwendung einer Einrichtung nach Fig. 1:
Gemäß Fig. 1 ist ein doppelwandiges Rohr 1, z. B. ein Quarzrohr
mit kreisrundem oder ovalem Querschnitt, an beiden Stirnseiten
durch Deckel 2, 3 verschlossen. Die Außenwand 4 des doppelwan
digen Quarzrohres ist außen mit einer Außenelektrode 6 ver
sehen, die beispielsweise aus einer auf diese Wand aufge
brachte Metallschicht, die für die erzeugte Strahlung reflek
tierend wirkt und z. B. aus Aluminium besteht. Diese Schicht 6
dient gleichzeitig als Reflektor. Der zwischen den beiden
Rohrwänden 4, und 5 vorhandene Raum 7 bildet den Entladungs
raum für den Excimerstrahler. Die Spaltweite w1 ist überall
diesselbe und liegt typisch bei einigen Millimetern. Zumindest
die Innenwand 5 ist für die im Entladungsraum erzeugte UV-
Strahlung transparent.
Der Innenraum des doppelwandigen Quarzrohres 1 ist mit einer
spiraligen Innenelektrodenanordnung 8 versehen. Im linken Ab
schnitt O ist der Außendurchmesser der Spirale so gewählt,
daß der mittlere Abstand w2 zwischen dieser und der Innenwand
5 etwa 0,5 bis 5 mm beträgt, während im rechten Abschnitt U
die Spirale im wesentlichen an dieser Innenwand anliegt. An
stelle einer Spirale kann auch eine netz- oder maschengitter
artige Elektrode verwendet werden. Im Grenzfall kann die Elek
trode im Abschnitt O ein etwa koaxial zum Quarzrohr 1 verlau
fender gestreckter Draht 8a (in Fig. 1 strichliert eingezeich
net) sein, der im Abschnitt U in eine Spirale übergeht. Sowohl
spiralige als auch gitterartige Elektroden gilt, daß sie
einen Gasstrom in Rohrlängsrichtung passieren lassen können.
Die beiden Elektroden 6 und 8 sind mit den beiden Polen einer
Wechselstromquelle 9 verbunden. Die Wechselstromquelle liefert
eine einstellbare Wechselspannung in der Größenordnung von
mehreren 100 Volt bis 20000 Volt bei Frequenzen im Bereich des
technischen Wechselstroms bis hin zu einigen 1000 kHz, abhän
gig von der Elektrodengeometrie, Druck im Entladungsraum 7 und
Zusammensetzung des Füllgases.
Das Füllgas ist, z. B. Quecksilber, Edelgas, Edelgas-Metall
dampf-Gemisch, Edelgas-Halogen-Gemisch, gegebenenfalls unter
Verwendung eines zusätzlichen weiteren Edelgases, vorzugsweise
Ar, He, Ne, als Puffergas.
Je nach gewünschter spektraler Zusammensetzung der Strahlung
kann dabei eine Substanz/Substanzgemisch gemäß nachfolgender
Tabelle Verwendung finden:
Füllgas | |
Strahlung | |
Helium|60-100 nm | |
Neon | 80-90 nm |
Argon | 107-165 nm |
Argon + Fluor | 180-200 nm |
Argon + Chlor | 165-190 nm |
Argon + Krypton + Chlor | 165-190, 200-240 nm |
Xenon | 160-190 nm |
Stickstoff | 337-415 nm |
Krypton | 124, 140-160 nm |
Krypton + Fluor | 240-255 nm |
Krypton + Chlor | 200-240 nm |
Quecksilber | 185, 254, 320-370, 390-420 nm |
Selen | 196, 204, 206 nm |
Deuterium | 150-250 nm |
Xenon + Fluor | 340-360 nm, 400-550 nm |
Xenon + Chlor | 300-320 nm |
Daneben kommen eine ganze Reihe weiterer Füllgase in Frage:
- - Ein Edelgas (Ar, He, Kr, Ne, Xe) oder Hg mit einem Gas bzw. Dampf aus F2, J2, Br2, Cl2 oder eine Verbindung die in der Entladung ein oder mehrere Atome F, J, Br oder Cl abspaltet;
- - ein Edelgas (Ar, He, Kr, Ne, Xe) oder Hg mit O2 oder ei ner Verbindung, die in der Entladung ein oder mehrere 0- Atome abspaltet;
- - ein Edelgas (Ar, He, Kr, Ne, Xe) mit Hg.
Bei der Funktionsweise der beschriebenen Anordnung ist nun
zwischen den beiden Abschnitten O und U zu unterscheiden.
Bei Anliegen einer Wechselspannung zwischen den Elektroden 4
und 8 bildet sich im Entladungsraum 7 im rechten Abschnitt U
eine Vielzahl von Entladungskanälen (Teilentladungen) im Ent
ladungsraum 7 aus. Diese treten mit den Atomen/Molekülen des
Füllgases in Wechselwirkung, was schlußendlich zur UV oder
VUV-Strahlung führt.
Im linken Abschnitt O hingegen reichen die Feldstärken im Ent
ladungsraum 7 nicht aus, um dort Excimere zu bilden. Vielmehr
wirken die beiden Quarzwände 3 und 4 sowie der Entladungsraum
7 dort wie die Serienschaltung dreier Kapazitäten. Das Wech
selspannungspotential liegt also zwischen der inneren Wand 5
und der Elektrode 8 an. Wird nun (bestimmungsgemäß) durch den
Innenraum des doppelwandigen Quarzrohres 1 ein sauerstoffhal
tiges Gas geleitet, entstehen im zweiten Entladungsraum 10
stille elektrische Entladungen, die mit dem Sauerstoff in
Wechselwirkung treten. Dabei bildet sich in bekannter Weise
Ozon. Die Leistungsverteilung zwischen den Abschnitten O und
U kann optional durch Auftrennen der Elektrodenanordnung 8 in
zwei getrennte Elektroden und separate elektrische Anspeisung
erfolgen.
Wird nun durch den Innenraum 10 das zu entgiftende, Sauerstoff
enthaltende Gas geleitet, wird schon im ersten Abschnitt, dem
Ozonteil O, durch Zugabe von Ozon ein Teil der Schadstoffe,
insbesondere flüchtige organische, insbesondere chlorierte
Kohlenwasserstoffe eliminiert oder zumindest chemisch in Be
standteile zerlegt. In dem sich unmittelbar daran
anschließenden zweiten Abschnitt, dem UV-Teil U, erfolgt die
weitere Einwirkung auf die Schadstoffe bzw. deren Spaltpro
dukte auf photolytischem Wege.
Die beschriebene Einrichtung bewirkt also eine Zugabe von Ozon
zu dem zu behandelnden Gas sowie eine anschließende Aktivie
rung durch UV. Dadurch wird eine schnellere und effizientere
Zersetzung der Schadstoffe bewirkt als bei Verwendung von UV
oder Ozon allein. Zudem kann in der UV-Zone überschüssiges
Ozon durch die Einwirkung von UV-Strahlung abgebaut werden.
Die Elektrodenspirale 8 unterstützt dabei die intensive Durch
mischung des Gases, wirkt also als Turbulenzerzeuger. Verstär
ken kann man die Turbulenzerzeugung durch Leitbleche, die unregelmäßig
verteilt im Inneren der Elektrodenspirale ange
ordnet, z. B. an dieser befestigt sind.
Das aus der Entgiftungsstufe 11 (Fig. 2) ausströmende Gas wird
anschließend einer Gaswäsche oder einem anderen Nachbehand
lungsverfahren in einer Nachbehandlungsstufe 12 unterzogen.
Die Reststoffe (Salze etc.) im Block 13 deponiert.
Die Erfindung ist auf das Ausführungsbeispiel keinesfalls be
schränkt. So lassen sich ein oder mehrere ozon- und UV-bil
dende Abschnitte in beliebiger Reihenfolge anordnen. Dabei
sind Anordnungen denkbar, bei denen einer Ozonstufe O eine UV-
Stufe U vorgeschaltet ist. Die Spaltungsmechanismen laufen
dann dergestalt ab, daß im UV-Abschnitt photolytisch
"aufbereitete" Schadstoffe im nachfolgenden Ozon-Abschnitt
chemisch weiterreagieren.
Ferner kann es vorteilhaft sein, bei Serienschaltung mehrerer
Stufen mit unterschiedlichen Gasfüllungen im ersten Entla
dungsraum 7 zu arbeiten, um die Wellenlänge der UV-Strahlung
dem jeweiligen Prozeß optimal anpassen zu können.
Für größere Gasdurchsätze können auch mehrere derartiger Ein
richtungen parallelgeschaltet werden, wie es bei sogenannten
Rohrbündel-Ozonisatoren in der Ozontechnik geläufig ist.
Bezeichnungsliste
1 doppelwandiges Quarzrohr
2, 3 Deckel
4, 5 Wände von 1
6 Außenelektrode an 4
7 erster Entladungsraum
8 Elektrodenspirale
8a Elektrodendraht
9 Wechselstromquelle
10 zweiter Entladungsraum
11 Entgiftungsstufe
12 Nachbehandlungsstufe
13 Reststoffdeponie
w1 Spaltweite des ersten Entladungsraums 7
w2 Spaltweite des zweiten Entladungsraums
2, 3 Deckel
4, 5 Wände von 1
6 Außenelektrode an 4
7 erster Entladungsraum
8 Elektrodenspirale
8a Elektrodendraht
9 Wechselstromquelle
10 zweiter Entladungsraum
11 Entgiftungsstufe
12 Nachbehandlungsstufe
13 Reststoffdeponie
w1 Spaltweite des ersten Entladungsraums 7
w2 Spaltweite des zweiten Entladungsraums
Claims (8)
1. Verfahren zur Entgiftung von schadstoffhaltigen, Sauer
stoff enthaltenden Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß
das zu behandelnde Gas sowohl UV-Strahlung als auch der
Einwirkung von Ozon ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zugabe von Ozon durch stille elektrische Entladungen
im durchströmenden Gas in situ erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß unmittelbar nach der Zugabe von Ozon der Gasstrom
UV-Strahlung ausgesetzt wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
- - ein doppelwandiges Rohr (1) aus dielektrischem Mate rial, dessen äußere Wand mit einer Außenelektrode (6) versehen ist, und dessen innere Wand (5) für UV- Strahlung transparent ist,
- - eine im Inneren des doppelwandigen Rohres (1) ange ordnete Elektrodenanordnung (8), die in mindestestem einem ersten Längsabschnitt (O) von der Innenwand des Rohres (1) durch einen Spalt beabstandet ist, und die in mindestens einem zweiten Längsabschnitt (U) im wesentlichen an der besagten Innenwand an liegt,
- - durch den Innenraum des doppelwandigen Rohres (1) ist ein Gas hindurchführbar,
- - der Ringraum (7) zwischen innerer (5) und äußerer Wand (4) des doppelwandigen Rohres ist mit einem un ter Entladungsbedingungen UV-Strahlung aussendendem Füllgas gefüllt,
- - an die Außenelektrode (6) und die besagte Elektro denanordnung (8) im Inneren des doppelwandigen Rohres (1) ist eine Wechselstromquelle (9) zur Spei sung der Entladung angeschlossen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrodenanordnung spiralig ausgeführt ist, wobei im
ersten Längsabschnitt die Spirale von der Innenwand des
Rohres beabstandest ist, im zweiten Abschnitt die Spirale
an dieser Wand anliegt.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrodenanordnung gitter- oder netzförmig ist , wo
bei im ersten Längsabschnitt das Gitter bzw. das Netz von
der Innenwand des Rohres beabstandest ist, im zweiten Ab
schnitt das Gitter bzw. das Netz an dieser Wand anliegt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (8) im ersten
Längsabschnitt (O) aus einem gestrecktem Draht (8a) be
steht, der im zweiten Längsabschnitt (U) in eine Spirale
übergeht.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (8) derart
ausgebildet ist, daß sie als Turbulenzerzeuger für das
durchströmende Gas wirkt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924238324 DE4238324A1 (de) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Verfahren und Einrichtung zur Entgiftung von schadstoffhaltigen Gasen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19924238324 DE4238324A1 (de) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Verfahren und Einrichtung zur Entgiftung von schadstoffhaltigen Gasen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4238324A1 true DE4238324A1 (de) | 1994-05-19 |
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ID=6472795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19924238324 Withdrawn DE4238324A1 (de) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Verfahren und Einrichtung zur Entgiftung von schadstoffhaltigen Gasen |
Country Status (1)
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