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Dokumentenidentifikation DE4440308A1 15.05.1996
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Demonstration und Testen umwelttechnischer Verfahren mit einer Laboreinrichtung
Anmelder Oberländer, Irmtraud, Dr., 96155 Buttenheim, DE;
Sterzik, Jürgen, Dipl.-Ing. (FH), 96049 Bamberg, DE
Erfinder Oberländer, Irmtraud, Dr., 96155 Buttenheim, DE;
Sterzik, Jürgen, Dipl.-Ing. (FH), 96049 Bamberg, DE
DE-Anmeldedatum 11.11.1994
DE-Aktenzeichen 4440308
Offenlegungstag 15.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse G09B 23/00
Zusammenfassung Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Demonstrations- und Lehrzwecken, mit der die unterschiedlichen umwelttechnischen Verfahren der Gasreinigung und der Recyclingtechnik für die unterschiedlichen Materialien demonstriert werden können. Zentrales Element des Verfahrens und der Vorrichtung ist das Zusammenwirken von Heizeinrichtung, verschieden ausgebildeten Versuchsbehältern, Abscheidevorrichtungen und der katalytischen Abluftreinigung.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung umwelttechnischer Verfahren des Recyclings und der Reinigung von belastenden Stoffen mit im Labor handhabbaren Mitteln und technologischen Aussagen.

Bisher wurden umwelttechnische Aufgabenstellungen durch Analysen, Labortests und Versuchsanlagen für die Konstruktion von Großanlagen vorbereitet. Analysen und Labortests lassen jedoch keine Aussage auf die Funktion von Großanlagen zu. Versuchsanlagen sind nur speziell auf eine bestimmte Aufgabenstellung hin konzipiert und aussagekräftig.

Um die Umwelttechnik für die Lehre und die Entwicklung mit den unterschiedlichsten Techniken zu demonstrieren und die verschiedensten Stoffe mit den verschiedensten Umwelttechniken zu untersuchen, existiert keine universelle Testeinheit. Es kommt in der Praxis vor allem darauf an, ob die Abfallstoffe in ihrem unterschiedlichen Verhalten bei Verbrennung, Verschwelung und Konversion in Zusammenhang mit den notwendigen Sekundärtechniken, wie Abgasreinigung und Abscheidung von Stoffen quantitativ untersucht werden können.

Die Aufgabenstellung wurde überraschenderweise durch die Beschäftigung mit besonders hochaktiven und selektiven Katalysatoren lösbar, die die Miniaturisierung einer universellen Technikeinheit möglich macht. Hier wurde überraschenderweise gefunden, daß die Techniken Verbrennung, Verschwelung und katalytische Verdampfung von Abfallfetten und Abfallölen in einer einheitlichen Form eines Behälters mit unterschiedlichen Einsätzen durchführbar sind, die beliebig oft wiederverwendet werden können, ohne Dichtungen oder Komponenten zu verbrauchen.

Das erfinderische Verfahren ist in Fig. 1 dargestellt. In den Versuchsbehälter 1 werden die jeweilig umwelttechnisch relevanten Vorgänge durchgeführt, wobei diese Kammern durch elektrische Beheizung 2 auf die erforderliche Reaktionstemperatur gebracht werden. Dabei wird im Falle einer Demonstration einer Verbrennung über die Zuluft 3 Verbrennungsluft in die Reaktionskammer 1 eingeleitet.

Die Reaktionskammern werden für unterschiedliche umwelttechnische Prozesse verwendet. In einem Falle ist der Versuchsbehälter eine Schwelkammer mit konischen Dichtungen des Deckels und des Bodens, um ohne zusätzliches Dichtmaterial auszukommen. Der Behälter ist dadurch dicht und nur mit einem Abgasrohr aus der elektrischen Beheizung heraus mit der Kondensation verbunden. In der Schwelkammer ist das Schwelgut, das sich in die Komponenten Schwelrückstand, Kondensat in dem Abscheider und Brenngas für die Abgasreinigung aufspaltet.

In einem weiteren Falle ist die Reaktionskammer neben dem Abgasrohr noch mit einer Zuluftleitung versehen, die in der Reaktionskammer über eine in dem Behälter liegende Steigleitung mit der Luftverteilung am unteren Ende in dem Behälter verbunden ist. Auf der Luftverteilung liegt das Verbrennungsgut auf einem Verteilerboden mit Luftdurchtrittsöffnungen.

Nach Aufwärmen des Verbrennungsgutes durch die elektrische Beheizung, in einer speziellen Ausführungsform einem elektrisch beheizten Ofen, der die Wärme über die Wände der Reaktionskammer an das Verbrennungsgut abgibt, wird dieses unter Luftzugabe über die Zuluftleitung verbrannt und die Produkte über den Kondensator mit Abscheider und die katalytische Abgasreinigung abgeführt. Zurück bleibt die Asche des eingegebenen Gutes.

In einem dritten Falle dient der Versuchsbehälter der Konversion von flüssigen Abfällen in Treibstoffe. In der Reaktionskammer ist ein Wabenkatalysator, der mit den Aktivsubstanzen aus kristallisierten Perowskiten beschichtet ist. In diese Reaktionskammer wird der flüssige Rückstandsstoff soweit eingegossen, daß der Wabenkörper voll gesättigt ist und die Wabenkanäle zu 10-90% gefüllt sind.

Bei der Erwärmung der geschlossenen Reaktionskammer werden durch katalytische Spaltung die Rückstandskohlenwasserstoffe in der Kettenlänge so reduziert, daß verdampfbare Treibstoffe in dem Bereich von Diesel- und Benzintreibstoffen als Dampf den Katalysator verlassen. Die harzenden Sauerstoffgehalte der Rückstände werden durch die Katalysatoren als Wasserdampf freigesetzt und über den Kondensator in die katalytische und adsorptive Reinigung abgegeben.

Die Reaktionskammer 1 dient auch zur Herstellung von Katalysatoren für die katalytische Abluftreinigung und die Konversion von flüssigen, brennbaren Abfällen zu Treibstoffen. In die Reaktionskammer wird ein Katalysator eingelegt, der als Hauptkomponente einen Perowskit hat. Dieser kann beispielsweise durch die Metalloxide des Kobalts oder Mangans und die seltenen Erden Lanthan, Cer und Yttrium gebildet werden.

Die Herstellung eines solchen Katalysators ist ebenfalls ein erfinderisches Element der Darstellung der umwelttechnischen Zusammenhänge, indem die Katalysatoren in einem separaten Vorgang hergestellt werden. Dazu werden 3 verschiedene Flüssigkeiten in verschiedenen Verhältnissen miteinander gemischt und der Wabenkörper mit der Mischung durch Eintauchen beschichtet.

Die 3 Flüssigkeiten enthalten den kristallisierten Perowskite, wie La(0,9)Ce(0,1)CoO&sub3; und bei einer besonderen Herstellungsart 0,03 bis 0,1 g Edelmetallnitrat oder andere lösliche Salze der Edelmetalle oder des Palladiums mit einem Binder, wie Melamin in saurer Lösung durch Zusätze einer organischen Säure, wie Essigsäure. Die zweite Flüssigkeit enthält oberflächenvergrößernde Stoffe, wie Aluminiumoxid und ebenfalls organische Binder, wie Melamin. Die dritte Flüssigkeit enthält stabilisierende Stoffe, die die Lebensdauer des Katalysators verlängern, wie Titandioxid und ebenfalls den organischen Binder, wie Melamin.

Der eigentliche Katalysator wird dann dadurch hergestellt, indem der getränkte Körper durch die Erwärmung der Reaktionskammer auf 500 bis 600°C getrocknet und kalziniert wird. Dabei wandeln sich die Substanzen zu einem aktiven Katalysator um.

Der Wabenkatalysator wird in einer 2. Ausführungsform zweistufig ausgebildet in einen unteren Teil mit adsorptivem und einem oberen Teil mit katalytischem Charakter. Der adsorptive Charakter wird durch die Porenstruktur und die chemische Zusammensetzung erreicht, die bewirkt, daß Säure- und Metallbestandteile in der Porosität festgehalten werden und/oder chemisch gebunden werden durch Substanzen der Alkali- oder Erdalkalireihe.

Die jeweils entstehenden Produkte werden über den Kondensator, der vorzugsweise wassergekühlt ist und mit Abscheider versehen ist, geleitet. Die gasförmigen Komponenten, die im oberen Teil die Einrichtung verlassen, werden mit der Zuluft für die Nachverbrennung 5 gemischt über die elektrische Abluftvorwärmung 6 in den Wabenkatalysator 7 geleitet. In diesem werden die brennbaren Komponenten mit der Verbrennungsluft in CO&sub2; und H&sub2;O umgewandelt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt.

Der Versuchsbehälter 8, der in den nachfolgenden Fig. 3 bis 5 näher erläutert ist, ist in dem Laborofen 9 angeordnet, der eine vorzugsweise elektrische Beheizung aufweist. Ein Verbindungsschlauch 10 verbindet den Versuchsbehälter 8 mit dem Kondensator 11, auf dem sich eine katalytische Abluftreinigung 12 befindet.

Katalytische Abluftreinigungen bestehen aus den Elementen Strömungskanal mit innenliegenden Heizelementen und Katalysatoren, die Substanzen mit Porenstruktur, Säurebindungsfähigkeit und Oxidationsaktivität enthalten. Als besonders wirkungsvoll hat sich dabei die Beschichtung eines hochporösen Körpers mit den Stoffen Lanthan-Cer-Cobaltit und Platinsäuren erwiesen.

In den nachfolgenden Fig. 3 bis 5 sind die einzelnen Ausführungsformen der Versuchsbehälter dargestellt. In Fig. 3 ist mit 13 der Schwelzylinder bezeichnet, der zusammen mit dem Deckel 14 und dem Boden 15 den Versuchsbehälter darstellt. Der Schwelzylinder 13 ist an beiden Enden konisch zulaufend, um in dem Boden 15 und dem Deckel 14 eine bei jeder Montage zuverlässige neue Dichtung zu bilden. Der Deckel enthält die Verschlußschraube 19.

In dem Schwelzylinder 13 ist das Schwelgut. Das Gasableitungsrohr 16 verbindet den Versuchsbehälter mit den nachfolgenden, beschriebenen Gasaufbereitungsbehältern. Der Versuchsbehälter wird durch die Verbindungsschrauben 17 mit den Sechskantmuttern 18 zusammengehalten.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung für die Durchführung des Verbrennungsvorganges. Die Vorrichtung der Fig. 4 unterscheidet sich von der Vorrichtung der Fig. 3 durch den Verbrennungszylinder 20, der einen Zuluftkanal in der Wand besitzt, der mit dem Zuluftrohr 21 und dem Gitterrost 22 die Verbindung darstellt.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform des Versuchsbehälters 8 mit dem Pyrolysezylinder 23, in dem sich die Katalysatorwabe 24 befindet. Der Pyrolysezylinder zeichnet sich durch die Form des Katalysators aus, der rund, eckig oder oval sein kann und an der Wand anliegt.

Legende

Verfahren

1 Reaktionskammer

2 elektrische Beheizung

3 Zuluft

4 Kondensation

5 Zuluft für Nachverbrennung

6 elektrische Abluftvorwärmung

7 katalytische u. absorptive Reinigung

Vorrichtung

8 Versuchsbehälter

9 Laborofen

10 Verbindungsschlauch

11 Kondensator

12 katalytische Abluftreinigung

13 Schwelzylinder

14 Deckel

15 Boden

16 Gasableitungsrohr

17 Verbindungsschraube

18 Sechskantmutter

19 Verschlußschraube

20 Verbrennungszylinder

21 Zuluftrohr

22 Gitterrost

23 Pyrolysezylinder

24 Katalysatorwabe


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Demonstration und Testen umwelttechnischer Verfahren mit einer Laboreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsbehälter in einem Laborofen mit Zuluft- und Abgasleitungen mit einem Kühler und Abscheider und einer oben angesetzten katalytischen Abluftreinigung verbunden ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter aus 2 konischen Deckeln und konischen Mittelteilen mit einer Spanneinrichtung zusammengehalten wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelteile der Reaktionsbehälter eine Abgasleitung für die Schwelung, eine Abgas- und Zuluftleitung für die Verbrennung und eine Katalysatorkammer für die Ölkonversion sind.
  4. 4. Vorrichtung zur Demonstration und Testen umwelttechnischer Verfahren mit einer Laboreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsbehälter in einem Laborofen mit Zuluft- und Abgasleitungen mit einem Kühler und Abscheider und einer oben angesetzten katalytischen Abgasreinigung verbunden ist.






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