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Dokumentenidentifikation DE102005035539A1 01.02.2007
Titel Kunststoffrohr für Nasselektrofilter sowie Bausatz für eine Abgasreinigungsanlage
Anmelder REHAU AG + Co., 95111 Rehau, DE
Erfinder Schöbel, Michael, Dr., 95100 Selb, DE;
Kessler, Lutz, 95111 Rehau, DE;
Scholze-Starke, Jörg, 95111 Rehau, DE
DE-Anmeldedatum 29.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005035539
Offenlegungstag 01.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.2007
IPC-Hauptklasse B03C 3/49(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B03C 3/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/53(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/84(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/45(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr für Nasselektrofilter sowie einen Bausatz für eine Abgasreinigungsanlage.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr für Nasselektrofilter sowie einen Bausatz für eine Abgasreinigungsanlage.

Aus dem Stand der Technik sind Kunststoffrohre für den Einsatz in Nasselektrofilteranlagen für die Reinigung von abgashaltigen Abluftströmen in Kraftwerken, Chemieanlagen etc bekannt. Insbesondere werden Nasselektrofilter vorzugsweise für die industrielle Abgasreinigung verwendet, wenn eine trockene Abgasreinigung nur eingeschränkt möglich und eine Kühlung sowie Kondensation der Abgase aus Umweltschutzgründen erforderlich ist. Weiterhin werden Nasselektrofilter verwendet, wenn Feststoffpartikel im Abgasstrom mit einer Flüssigkeit vermischt werden sollen oder wenn die Rückgewinnung von lösungsmittelhaltigen Stoffen durch die Gesetzgebung vorgeschrieben ist.

Entscheidende technische Parameter für die Auslegung von Nasselektrofiltern in Abgasreinigungsanlagen sind:

  • – die Zusammensetzung der Abgase,
  • – der Gehalt von Schadstoffen im Abgasstrom,
  • – die Abgasmenge, der Abgasdruck, die Abgastemperatur sowie die Feuchtigkeit der Abgase und
  • – die im Abgasstrom enthaltene Partikelgrößen- oder Aerosolgrößenverteilung sowie der geforderte Grad der Partikelabscheidung.

Von Bedeutung hinsichtlich der Reinigungswirkung einer Anlage ist daher auch, inwieweit Gaswäscher der Nasselektrofilteranlage vor- oder nachgeschaltet werden. Als Gaswäscher werden so genannte Zyklonwäscher, Dynamikwäscher oder Venturiwäscher verwendet beziehungsweise Rotationswäscher oder Absorptionswäscher.

Aus dem Stand der Technik sind auch Nasselektrofilter in Abgasreinigungsanlagen mit unterschiedlichen Spraytechniken bekannt, wobei die zu reinigenden Abgase vor dem Eintritt in das elektrostatische Feld (im Folgenden E-Feld genannt) mittels einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch Kanalspray- oder Einlasssprayverfahren vollständig gesättigt werden.

Ein kontinuierliches Besprayen mit fein aufgeteilten Wassertröpfchen erzeugt somit einen gleichmäßig verteilten, tröpfchenartigen Film über das gesamte besprühte Abgasvolumen. Gleichzeitig werden die im Abgasstrom enthaltenen Festkörperpartikel durch Elektroden elektrostatisch im E-Feld aufgeladen/polarisiert und bewegen sich entlang der elektrostatischen Feldlinien zu der Innenoberfläche des Nasselektrofilters, wobei Partikel von dem abwärts laufenden Spraywasserfilm mitgerissen werden. Die in der Flüssigkeit gebundenen Partikel werden in einem Setztank oder einem so genannten Eindickungsbehälter aufgefangen und anschließend das aufbereitete und geklärte Wasser wieder in die Nasselektrofilteranlage zurückgeführt. Durch diesen Reinigungsvorgang können mikroskopische Partikel kleiner 2 &mgr;m Größe mit hoher Effizienz aus dem Abgasstrom entfernt werden und das kontinuierliche Wasserbesprühen reduziert die Partikelablagerung/-ansammlung auf der Innenoberfläche der Nasselektrofilter.

Die Abgastrennleistung einer Nasselektrofilteranlage wird im Wesentlichen durch die physikalisch-chemischen Eigenschaften der im Abgasstrom befindlichen Abgaspartikel, deren Zusammensetzung sowie durch die jeweilige Dielektrizitätskonstanten der Abgaspartikel, das heißt deren elektrisches Verhalten im E-Feld, bestimmt.

Die zurzeit zum Einsatz kommenden, rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilter gestatten auch die Abscheidung/Trennung von quasi-klebrigen, flüssigen oder festen Partikeln unterschiedlicher Größe aus einem Abgasstrom.

An die Werkstoffe derartiger Nasselektrofilter werden hohe technische Anforderungen hinsichtlich der chemischen und thermischen Beständigkeit sowie der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Hochspannungsfeld und damit möglicher elektrischer Überschläge gestellt. Bekannt sind abgekantete PVC-beschichtete Bleche, die zu sechseckigen Wabenstrukturen zusammengefasst, mit Kunststoff innenseitig ausgekleidet und formstabil verklebt sind. Im Falle von elektrischen Überschlägen infolge von Innenwandverunreinigungen bzw. Abgaspartikelagglomerationen auf der Innenwand, weisen diese aus PVC bestehenden Kunststoffrohre starke Verbrennungs- oder Hot-Spot-Gebiete auf. Demgegenüber werden im Stand der Technik Polypropylenrohre für Nasselektrofilteranlagen diskutiert, die zwar den Nachteil haben, dass keine preiswerte und stabile Verklebetechnik zur Herstellung einer wabenförmigen Nasselektrofilteranordnung verfügbar ist, jedoch Polypropylen ein verbessertes elektrisches Durchschlagsverhalten aufweist.

Grundsätzlich ist die Aufenthaltszeit des Abgasstroms im elektrischen Feld der Nasselektrofilteranlage eine wichtige Bezugsgröße, da dadurch die Polarisations- und Ionisationswahrscheinlichkeit des Abgasstroms durch im E-Feld ausgerichtete Wasser-/Flüssigkeitsmoleküle der Sprayflüssigkeit – auch in einer Stoßkaskade – beeinflusst wird.

Damit wird die Ausströmungsgeschwindigkeit und die Auslegung der Abgasreinigungsstrecke zu einem die Effizienz der Reinigungsanlage mitbestimmenden Faktor.

Prinzipiell unterscheidet man im Stand der Technik drei Arten der Abgasreinigung mittels Elektroden und dem dadurch aufgebauten E-Feld:

  • 1. die Zerstäubung einer Flüssigkeit an oder in der Umgebung einer Hochspannungselektrode, die auf einem mehrere Kiloelektronenvolt liegendem Potential liegt, so dass die Flüssigkeitströpfchen durch das E-Feld in der Umgebung der Elektrode ionisiert und polarisiert werden;
  • 2. die Zerstäubung einer Flüssigkeit an einer Elektrode, die auf Erdpotential liegt, wobei die Flüssigkeit durch ein Kanalsystem zur Elektrodenspitze geleitet wird und sich die Nasselektrofilterwand auf einem negativen Potential befindet und
  • 3. die Zerstäubung einer Flüssigkeit in einer Zwei-Elektroden-Anordnung – mit einer Hochspannungselektrode und einer Erdungselektrode – und dessen aufgebautem E-Feld in einem abgestuften Potential.

Die DE 533 849 A1 beschreibt eine Nasselektrofilteranlage mit einer Berieselungsstrecke, wobei der Abstand zwischen nicht berieselten zu berieselten Elektroden so gewählt ist, dass durch das E-Feld bedingte Überschläge vermieden werden sollen. Dies wird durch entsprechende Beabstandung der so genannten Trag-/Haltestangen der Elektroden gewährleistet. Aus der DE 574 079 A1 entnimmt man einen mehrstufigen Nasselektrofilter, bestehend aus einer Kammer, wobei innerhalb dieser Kammer Reinigungsstufen eingebracht sind, die beispielsweise Kokereiabgase zu reinigen vermögen. Die Nasselektrofilter sind gemäß der Offenlegungsschriften metallisch ausgeführt.

Die EP 92 918 939 A1 beschreibt eine Nasselektrofilteranordnung, die aus einer Gasbehandlungslinie, einem Sprühnebelfeld, einem Trichterfeld, einem Sammelbehältnis für die Flüssigkeit und einem Extraktionsbehälter besteht. Dabei wird dem Flüssigkeitssprühnebelfeld und dessen räumliche sowie zeitliche Verteilung innerhalb der Abgasreinigungsstrecke ein wesentlicher Reinigungsbeitrag zugesprochen. Die EP 92 918 939 A1 schlägt hierzu vor, ein trichterförmiges Sprühnebelfeld zu erzeugen, wobei das zu reinigende industrielle Abgas in aufeinander folgenden und in Reihe liegenden Reinigungsstufen/-abschnitten einer Behandlung mit unterschiedlichen Flüssigkeiten unterzogen wird.

Das heißt, dass gesamte Sprühnebelfeld besteht aus unterschiedlichen Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemischen, so dass eine fraktionierte Reinigung des Abgasstroms – angepasst an die Abgaszusammensetzung – erreicht wird. Damit wird die physikalisch-chemische Reaktionskinetik der unterschiedlichsten Abgasmolekülzusammensetzungen im Abgasstrom durch die jeweilige Flüssigkeit berücksichtigt, wobei die zeitliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Abgase im Sprühfeld – in Verbindung mit den unterschiedlichen Sprühflüssigkeiten – für den Wirkungs- und Trennungsgrad der Abgasreinigungsstufe entscheidend ist. Das E-Feld ist dabei so ausgebildet, dass eine Gruppe von Elektroden – auch mit unterschiedlichen Potentialen – eine elektrische Feldverteilung entlang der Abgasreinigungsstrecke aufbaut, wodurch Überschläge durch räumliche Potentialunterschiede möglichst vermieden werden. Allerdings ist bekannt, dass zum Beispiel ein im Abgasstrom befindlicher hoher Schwefeloxidgehalt die Durchschlagsspannung eines Nasselektrofilters bzw. einer Nasselektrofiltervorrichtung wesentlich herabsetzen kann und so letztendlich die Durchschlagswahrscheinlichkeit im aufgebauten E-Feld von den Konzentrationen der Abgaszusammensetzung abhängig wird.

Befindet sich beispielsweise eine hohe Konzentrationen von elektrisch stark polarisierbaren Abgasanteilen – gemeint sind Abgasanteile, deren Moleküle ein hohes Dipol- oder Quadrupolmoment besitzen – im Abgasstrom, so wird die Überschlagswahrscheinlichkeit mit größer werdender elektrischer Feldstärke höher und der Wirkungsgrad der Abgasreinigungsstrecke reduziert sich hinsichtlich der erzielbaren Abgasreinigungsqualität.

Die DE 299 20 576 U1 beschreibt einen Nasselektrofilter zum Abscheiden von Schwefeloxiden und schwefelhaltiger Stäube, wobei eine Vielzahl von lang gestreckten und parallel verlaufenden Filterzellen – aus Kunststoffrohren bestehend – verwendet wird, die bündelweise zu einer Wabenstruktur zusammengefasst bzw. angeordnet sind.

Aus der DE 202 09 172 U1 entnimmt man eine Rohrbündelaufnahmevorrichtung für Nasselektrofilter, wobei die Niederschlagsrohre in Kunststoff ausgeführt und im oberen Bereich mit einer das Rohrbündel halternden Trageplatte verbunden sind. Damit wird ein verbesserter Einbau der Nasselektrofilteranordnung in ein Einpassgehäuse einer Abgasreinigungsanlage erreicht.

Die DE 299 24 343 U1 beschreibt Tragmanschetten für die Bündelhalterung von Nasselektrofilterrohren in ausgewählten und bevorzugten Lageabschnitten, die entlang der Abgasreinigungsstrecke anbringbar sind.

Aus der DE 94 21 801 U1 entnimmt man wabenförmige Hohlkörper aus Kunststoff, vorzugsweise Polyolefinen, die sich zur Bildung der Wabenstruktur für eine Nasselektrofilteranordnung sehr gut zusammenschweißen lassen.

Nasselektrofilteranordnungen sind üblicherweise mit einer Reihe von vertikalen Rohren ausgestattet, durch die der zu reinigende Abgasstrom einer Industrieanlage strömt. In der jeweiligen Rohrmitte sind Elektroden so aufgehängt beziehungsweise angebracht, dass Partikel im Abgasstrom elektrostatisch aufgeladen werden. Die polarisierten und aufgeladenen Abgaspartikel werden von der Innenwand des Rohrs – im Sinne eines elektrostatischen Zylinderkondensators – angezogen, wobei die Innenoberflächen ständig mit Wasser bespült werden und das abgaspartikelhaltige Wasser anschließend in einen Sammeltank abläuft, der als Setztank bezeichnet wird, wodurch Partikel bis zu einer Größe von ca. 1 &mgr;m aus dem Abgasstrom entfernt werden. Anschließend wird nach einer Wasserreinigungsstufe das aufgereinigte Wasser in den Kreislauf zurückgeführt, wodurch eine kontinuierliche Innenwandbenetzung oder Innenwandberieselung der Nasselektrofilter mit dem gereinigten Wasser erfolgt.

Dies vermindert die Ansammlung von auf der Innenwand haftenden Partikeln im Nasselektrofilter, die bekanntermaßen Einfluss auf den gewünschten Abgasreinigungsgrad haben und die Lebensdauer der Filteranlage nachhaltig beeinflussen.

Die Qualität einer Abgasreinigungsanlage zeichnet sich auch durch die Reinigung von Partikeln im Abgasstrom mit einer Größe von kleiner als einem Mikrometer Partikelgröße aus. Der niedrige Energieverbrauch, die geringen Betriebskosten bei hohem Abgasdurchsatz pro Stunde sowie eine hohe Anlagenverfügbarkeit sind weitere entscheidende Wirtschaftlichkeitsgrößen für den Betrieb einer solchen Anlage.

Durch Zugabe von zusätzlichen flüssigen, chemischen Zusätzen zum Spraywasser, können auch schwer aus dem Abgasstrom zu trennende Partikelabgasschadstoffe oder Aerosole mittels der Spraytechnik entlang der Innenoberfläche des Nasselektrofilters gereinigt werden. Dabei verändern die eingebrachten chemischen Flüssigkeitszusätze in der Sprayflüssigkeit gesamthaft das dielektrische Verhalten der Elektrofilter. Mittels dieser Abgasreinigungstechnik lassen sich so eine Reihe von zusätzlichen Abgasinhaltsstoffen abscheiden und der Abgasstrom kann beispielsweise von Geruchsemissionen befreit werden. Das heißt, es lassen sich auch teer- oder harzhaltige Substanzen, Aerosole und nur teilweise wasserlösliche Verbindungen aus dem Abgasstrom entfernen.

Die Betreiber solcher Elektrofilteranlagen sind grundsätzlich an einer hohen zeitlichen Verfügbarkeit – auch bei schwankenden Prozessbedingungen – interessiert. Ein hoher Abscheide- oder Trennungsgrad von im Abgasstrom enthaltenen Schadstoffpartikeln bestimmt vorteilhaft und nachhaltig den Umwelteinfluss der jeweiligen Abgasreinigungsanlage und ist im Zusammenhang mit der globalen Abgasreduktionsstrategie zu sehen.

In einigen Nasselektrofilteranlagen wird daher das vom Trockner aus geführte Abgas in einem Rohrleitungssystem durch Eindüsen von Wasser bis zum Sättigungspunkt abgekühlt und gelangt anschließend in eine Filtereinrichtung, wobei das zu reinigende Abgas über den gesamten Querschnitt entspannt wird. Im sich anschließenden Gaswäscherprozess werden staub- und gasförmige organische Verbindungen abgeschieden.

Das dazu vorgetrocknete Abgas – so genanntes „Trocknerabgas" – strömt danach in den Nasselektrofilter, der beispielsweise aus unterschiedlichen Hochspannungsfeldanordnungen besteht und zentrisch mit im Nasselektrofilter angeordneten Elektroden bestückt ist. Die bei diesem Verfahren noch im Abgasstrom enthaltenen Partikel und Aerosole werden ebenfalls durch das E-Feld negativ aufgeladen beziehungsweise polarisiert und bewegen sich entlang der Feldlinien hin zu der waben- oder rohrförmigen Innenoberfläche des Nasselektrofilters, der durch eine periodische oder kontinuierliche Wasserbespülung oder Wasserbesprayung eine Oberflächenreinigung und damit Partikelabtrag erfährt. Durch die Aufteilung des Hochspannungssystems in beispielsweise zwei elektrische Feldbereiche mit jeweiligen elektrischen Feldzonen, ist die Wasserbespülung von nur einer Hälfte der Innenoberfläche eines Nasselektrofilters möglich. Der Abgasstrom wird dazu durch eine Klappenvorrichtung über die jeweils in Betrieb befindliche Nasselektrofilterhälfte geführt. Damit lassen sich gezielte Abschnitte der Innenoberflächen von Nasselektrofiltern von adsorbierten Partikeln während des Betriebs der Abgasreinigungsanlage reinigen.

Aus dem Stand der Technik sind auch mehrstufige Ausführungen der Nasselektrofilter in Abgasreinigungsanlagen bekannt, die als Abgasreinigungstrennstufen oder Abgasreinigungskaskaden hintereinander angeordnet, zu einem hohen Reinigungsgrad, bei gleichzeitig hohem Abgasdurchsatz führen.

Nachteilig ist, dass bei den beschriebenen Verfahren im Betrieb zusätzliche Wartungs- und Reinigungsarbeiten anfallen, die durch großflächige Partikelagglomerationen an der Innenoberfläche der Nasselektrofilter einer Abgasreinigungsanlage bedingt sind und teilweise manuell entfernt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilter anzugeben, bei dem eine Partikelagglomeration und -ablagerung im Langzeitbetrieb der Abgasreinigungsanlage reduziert wird, das E-Feld stabilisiert und elektrische Überschläge verhindert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 1. Weiterhin wird ein Bausatz zur Lösung der Aufgabe nach Anspruch 14 angegeben sowie eine Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 18. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht auf der Nasselektrofilterinnenseite vorzusehen. Dazu wird der rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter auf seiner Innenseite beschichtet. Diese Schicht kann auch aus einer mehrlagigen/mehrschichtigen Schichtfolge – im Sinne einer Sandwichschicht – aus unterschiedlichen Beschichtungen und mit einer darauf aufgebrachten Antihaftungsbeschichtung und mit aufeinander abgestimmten Dielektrizitätswerten oder Durchgangswiderstandswerten bestehen.

Die Abstimmung der Dielektrizitätswerte der aufgebrachten Beschichtungsmaterialien auf der Innenoberfläche des Nasselektrofilters ergeben vorteilhaft eine elektrische Feldstabilisierung bei hohem Abgasvolumendurchsatz und bei unterschiedlich polaren Abgaspartikeln, wodurch die Trennleistung der aus dem Abgasstrom herauszufilternden Partikel verbessert wird. Die elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht kann dazu auch als eine sandwichartige Schicht auf der Innenoberfläche des Nasselektrofilters aufgebracht sein. Dazu ist es erforderlich, eine Anpassung der Materialien und Füllstoffe sowie der dadurch sich ergebenden Dielektrizitätszahl vorzunehmen.

Erfindungsgemäß wurde weiterhin erkannt, dass das elektrische Feldverhalten durch einen Gradienten in der Füllstoffzusammensetzung, ausgehend von der innenliegenden und dem Abgasstrom direkt zugewandten elektrisch leitfähigen Antihaftungsschicht/-beschichtung, hin zum Basiskörper des rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilters verbessert wird. Durch diese Maßnahme werden elektrische Durchschläge beziehungsweise Überschläge im Betrieb der Nasselektrofilteranlage bei hohen elektrischen Feldstärken vorteilhaft vermieden.

Als Kunststoffmaterial für die elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder -schicht kommen Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polystyrol (PS) mit einem Füllstoffgehalt von 5 bis 35% Gewichtsanteilen Ruß erfindungsgemäß in Betracht, sowie PVC mit einem Füllstoffgehalt von 5 bis 35% Gewichtsanteilen Ruß und/oder Polyoxymethylen (POM) mit einem Füllstoffgehalt von 5 bis zu 35% Gewichtsanteilen Ruß.

Auch sind Polyamidverbindungen (PA) wie PA 66 mit einem Füllstoffgehalt von 5 bis 20% Gewichtsanteilen mit Metallfasern und einer Metallfaserlänge von 0,01 mm bis 5 mm ebenfalls geeignet. Gleiches gilt für Polycarbonate (PC) mit Metallfaseranteilen von 5 bis 20% Gewichtsanteilen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können Metallfasern bestehend aus Stahl und/oder Kupfer und/oder Blei und/oder Messing sowie aus Buntmetallverbindungen mit den genannten Metallfaserlängen als faserhaltige Füllstoffe verwendet werden.

Hinsichtlich der elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtung oder -schicht aus Polycarbonaten (PC) und/oder Polyamidverbindungen (PA) sind auch Füllstoffe bestehend aus kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem Füllstoffgehalt von 10 bis 40% Gewichtsanteilen erfindungsgemäß verwendbar.

Weiterhin wurde erkannt, dass Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) und/oder Polyetherimid (PEI) dotiert mit kohlenstoffhaltigen Faserbestandteilen und einem Gewichtsanteil von 30 bis 40 %, die Partikelhaftung auf der Innenoberfläche der Nasselektrofilter ebenfalls reduziert und die elektrische Durchschlagsfeldstärke vorteilhaft erhöht.

Versuche mit dem polymeren Werkstoff Polyvinylchlorid (PVC) und Polyamid 66 (PA66) als elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht, gefüllt mit einem Polyanilin-haltigen Füllstoff und Gewichtsanteilen im Bereich von 20 bis 40%, zeigten ebenfalls eine Reduktion der Partikelhaftung entlang der Innenoberfläche der Nasselektrofilter.

Die vorgenannten polymeren Beschichtungswerkstoffe mit den Füllstoffen und Füllstoffgehalten führten gesamthaft zu einer stark reduzierten Partikelhaftung der damit innenbeschichteten Nasselektrofilter bei anliegenden unterschiedlichen elektrischen Feldstärken in einer Erprobungsstrecke der Nasselektrofilteranlage.

Vorteilhaft wird eine erhöhte elektrische Durch-/Überschlagsfestigkeit der Nasselektrofilter in einer Abgasreinigungsanlage im Betriebszustand somit erreicht und die Anlagenverfügbarkeit der Abgasreinigungsanlage für den Betreiber erhöht.

Der Füllstoffgehalt der elektrisch leitfähigen polymeren Innenschichten der Nasselektrofilter wird erfindungsgemäß auf spezifische Durchgangswiderstandswerte im Bereich von 7 bis 10–2 &OHgr; cm eingestellt. Die so innenbeschichteten und füllstoffhaltigen rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilter zeigten in Versuchen, dass Abgaspartikel in der Größe von 0,3 &mgr;m bis 1 &mgr;m aus dem Abgasstrom gut trennbar bzw. reinigbar sind.

Im Falle eines mehrschichtigen Aufbaus der Innenoberfläche eines Nasselektrofilters, d. h. einem im Co-Extrusionsverfahren hergestellten rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilters, wurde weiterhin erkannt, dass ein Gradient im Füllstoffgehalt in den angegebenen prozentualen Gewichtsanteilen der jeweiligen Füllstoffe und der jeweils verwendeten Kunststoffmaterialien vorteilhaft ist. Hierzu wird ein höherer Füllstoffgehalt an der dem Abgasstrom zugewandten Innenseite eingestellt und hin zur rohr-/wabenförmigen Wandungsmitte ein abnehmender Füllstoffgehalt. Dadurch wird die Haftungsfähigkeit von Abgaspartikeln auf der Innenoberfläche eines rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilters ebenfalls reduziert. Das heißt, dass der Partikelabscheidegrad unterschiedlicher, industrieller Abgaszusammensetzungen innerhalb einer Abgasreinigungsanlage somit wesentlich gesteigert wird und Partikel mit einer Größe von kleiner 1 &mgr;m aus dem Abgasstrom gefiltert werden.

Die geometrische Anordnung/Auslegung der elektrischen Leiter zur Bildung des E-Feldes innerhalb der Nasselektrofilter beeinflusst bekanntermaßen nur geringfügig den Partikelabscheidegrad.

Durch den erfindungsgemäß eingestellten Füllstoffgradienten in der jeweiligen elektrisch leitfähigen Antihaftungsschicht – auch in einer mehrschichtigen (Sandwich-) Schichtstruktur – wird vorteilhaft erreicht, dass eine Anpassung der Dielektrikumsverhältnisse (d.h. Dielektrikum: Abgaszusammensetzung, Flüssigkeit und Nasselektrofilter) mit der beschichteten, waben- oder rohrförmigen Innenoberfläche eines Nasselektrofilters geschaffen wird. Durch den erfindungsgemäßen Füllstoffanteil in der jeweiligen polymeren Materialkombination wird somit das Dielektrikum einstellbar und führt zu einer homogenen elektrischen Feldlinienstabilität der Nasselektrofilter im Betrieb.

Gerade das zeitliche Abgasströmungsverhalten – bedingt durch beispielsweise pulsierende Abgasströme im quasi-stationären Strömungsbereich – erfordert die Verbesserung der Stabilität und Dichte des E-Feldes für eine effektive Partikelreinigung im Abgasstrom.

In einer weiteren Ausführungsform wurden mehrschichtige Nasselektrofilter bestehend aus einem Polymermaterial und Füllstoffanteilen gemäß der Ansprüche 4 bis 10 vorteilhaft in diesem Erfindungszusammenhang erkannt.

Die Erfindung lehrt weiter, ein rohr- oder wabenförmiges Nasselektrofilterbündel – im Folgenden Bausatz genannt – bestehend aus mehreren rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofiltern gemäß Anspruch 13 zu verwenden. Denkbar in diesem Erfindungszusammenhang sind rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilterbausätze, die aus beispielsweise alternierenden, elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtungsmaterialien und Füllstoffgehalten gemäß der Ansprüche 4 bis 10 zusammengesetzt sind. Damit lässt sich, angepasst an das zu reinigende Abgas im Abgasstrom, eine optimierte Reinigungsanordnung mittels der Nasselektrofilter erreichen.

Für spezifische Anwendungen, wie beispielsweise der zusätzlichen Geruchsreinigung von Abgasen, wurde vorteilhaft erkannt, dass die Nasselektrofilter innerhalb eines rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilterbausatzes entlang der Abgasströmungsrichtung abschnittsweise aus Bereichen unterschiedlicher Füllstoffgehalte und polymerer Materialien bestehen können, so dass die Abgasreinigung von im Rauchgas befindlichen unterschiedlichen Rauchgaspartikeln – im Sinne eines selektiven Filterabschnittes – entlang der Innenoberfläche des Nasselektrofilters erfolgt.

Eine Abgasreinigungsanlage zur Verbesserung der Abgaspartikelreinigung von Industrieabgasen besteht daher aus mindestens zwei Nasselektrofilterbausätzen, wobei mehrere Nasselektrofilterbausätze innerhalb der Abgasreinigungsanlage hintereinander – im Sinne einer Abgasreinigungsstrecke – angeordnet sein können oder bei vorgeschalteter Richtungsteilung des Abgasstroms, auch parallel zueinander angeordnet werden können.

Die Erfindung wird anhand der nachstehend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

1a in schematischer Darstellung einen rohrförmigen Nasselektrofilter mit einer elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht auf der Nasselektrofilterinnenseite aufgebracht;

1b in schematischer Darstellung einen wabenförmigen Nasselektrofilter mit einer elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht auf der Nasselektrofilterinnenseite aufgebracht;

1c, d in schematischer Darstellung einen rohrförmigen (1c) und wabenförmigen (1d) Nasselektrofilter mit mehreren elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtungen oder Antihaftungsschichten auf der Nasselektrofilterinnenseite aufgebracht;

2a eine Bündelanordnung von mehreren rohrförmigen Nasselektrofiltern gemäß 1a oder 1c eingebracht in einen Abgasstrom (G);

2b eine Bündelanordnung von mehreren wabenförmigen Nasselektrofiltern gemäß 1b oder 1c eingebracht in einen Abgasstrom (G);

1a und 1b zeigen in schematischer Darstellung einen rohrförmigen beziehungsweise wabenförmigen Nasselektrofilter (1a, 1b) mit nur einer elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) beschichtet, die auf der Nasselektrofilterinnenseite (3a, 3b) mittels Co-Extrusionsverfahren aufgebracht ist und sich jeweils in einem Abgasstrom (G) einer nicht weiter dargestellten Abgasreinigungsanlage (A) befindet.

Der Nasselektrofilter (1a, 1b) liegt in diesem Fall auf einem negativen Potential gegenüber einer ebenfalls nicht weiter dargestellten, aber im Innenraum der Nasselektrofilters angeordneten Elektrode, die beispielsweise eine Sprüh- oder stabförmige Elektrode sein kann und ein E-Feld (E) ausbildet.

Durch mindestens eine elektrisch leitfähige Antihaftungsschicht oder Antihaftungsbeschichtung (2a, 2b) wird eine Anpassung der Material und Füllstoff bedingten Dielektrizitätszahl (&egr;) der Nasselektrofilterinnenoberfläche (3a, 3b) an das Dielektrikum: Abgas und Berieselungsflüssigkeit erreicht, so dass vorteilhaft Überschläge infolge von Partikelanlagerungen an der Innenoberfläche des Nasselektrofilters vermieden werden und gleichzeitig eine verbesserte Reinigung der industriellen Abgase (G) im Partikelgrößenbereich von 1 &mgr;m bis 0,3 &mgr;m erfolgt.

Zur Erzeugung der elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) wird ein Kunststoffmaterial wie Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polystyrol (PS) mit einem Ruß enthaltenden Füllstoffgehalt (5) von 5 bis 35% Gewichtsanteilen verwendet sowie ein PVC und/oder Polyoxymethylen (POM) mit einem Füllstoffgehalt von 5 bis zu 35% Gewichtsanteilen Ruß.

Auch sind Kunststoffmaterialien wie Polyamidverbindungen (PA, PA66) mit einem Füllstoffgehalt (5) von 5 bis 20% aus Metallfasern bestehend, zur Ausbildung der elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtung oder Antifhaftungsschicht (2a, 2b) verwendbar.

Die in keiner der Figuren näher dargestellten Metallfaserlängen liegen im Bereich von 0,05 mm bis 5 mm.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wurde erkannt, dass auch Polycarbonate (PC) mit Metallfaseranteilen von 5 bis 20% Gewichtsanteilen als Füllstoff (5) zur Bildung der elektrisch leitfähigen Antihaftungsschicht/-beschichtung (2a, 2b) verwendet werden können.

Die Metallfasern bestehen aus Stahl und/oder Kupfer und/oder Blei und/oder Messing sowie aus Buntmetallverbindungen. Auch sind geschäumte Metallverbindungen in der Antihaftungsschicht/-beschichtung (2a, 2b) eines erfindungsgemäßen Nasselektrofilters (1a, 1b), gefertigt im Co-Extrusionsverfahren denkbar.

Weiterhin wurden auch kohlenstoffhaltige Fasern, mit einem Füllstoffgehalt (5) von 10 bis 40% Gewichtsanteilen in eine aus Polycarbonat (PC) und/oder aus Polyamidverbindung (PA) bestehende Antihaftungsschicht/-beschichtung (2a, 2b) zur Verbesserung der Dielektrizitätsverhältnisse im Nasselektrofilter (1a, 1b) eingebracht und untersucht. Kunststoffmaterialien wie Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) und/oder Polyetherimid (PEI) wurden ebenfalls mit kohlenstoffhaltigen Faserbestandteilen für die Schaffung der elektrisch leitfähigen Antihaftungsschicht/-beschichtung (2a, 2b) verwendet, wobei ein Füllstoffanteil (5) von 30 bis 40% als vorteilhaft erkannt wurde.

1c und 1d zeigen in schematischer Darstellung einen rohrförmigen (1a) beziehungsweise einen wabenförmigen (1b) Nasselektrofilter mit einem mehrschichtigen Aufbau und in diesem Ausführungsbeispiel mit beispielsweise drei elektrisch leitfähigen Antihaftungsschichten (2a, 2b) beschichtet, die auf der Nasselektrofilterinnenseite (3a, 3b) im Co-Extrusionsverfahren aufgebracht sind.

Diese Anordnung befindet sich in der dargestellten Weise in einem Abgasstrom (G), einer nicht weiter abgebildeten Abgasreinigungsanlage (A). Von daher tragen Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon erläutert wurden, die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals im Einzelnen beschrieben.

Die elektrisch leitfähigen Antihaftungsschichten/-beschichtungen (2a, 2b) können sandwichartig – im Sinne einer Schichtfolge unterschiedlichen Kunststoffmaterials – mit den jeweils angegebenen Füllstoffgehalten (5) gefüllt sein.

Als vorteilhaft hat sich eine so genannte Gradientenschicht (GS) erwiesen. Hierzu wird ein höherer Füllstoffgehalt (5) an der dem Abgasstrom (G) zugewandten Seite des Nasselektrofilters (1a, 1b) verwendet, wobei zur rohr- oderwabenförmigen Wandungsmitte (M) des Nasselektrofilters (1a, 1b) ein abnehmender Gewichtsanteil des Füllstoffmaterials (5) verwendet und im Coextrusionsverfahren hergestellt eingestellt wird.

Dadurch wurde ebenfalls eine Reduktion der Haftung der im Abgasstrom (G) befindlichen Abgaspartikel auf der Innenwand (3a, 3b) des Nasselektrofilters (1a, 1b) in Experimenten erreicht. Der gradientenartige Schichtaufbau schafft eine gute Anpassung an die dielektrischen Verhältnisse (&egr;) im Abgasstrom (G) und führt so zu einer homogenen elektrischen Feldlinienstabilität im Dauerbetrieb der Abgasreinigungsanlage.

Im Falle einer mehrschichtigen, aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehenden Antihaftungsschicht (2a, 2b) und mit den jeweiligen Füllstoffen (5) und Füllstoffgehalten, können die Durchgangswiderstände, die im Bereich von 7 bis 10–2 &OHgr; cm liegen, angepasst an die im Abgasstrom (G) befindlichen Abgaspartikel bei der Herstellung der Nasselektrofilter (1a, 1b) voreingestellt werden, das heißt zum Beispiel ein gezielter Einsatz für spezifische Industrieabgase aus Kokereien, chemischen Anlagen etc erreicht werden.

Gesamthaft sind in Experimenten mit den vorgenannten Kunststoffmaterialien und den jeweils angegebenen Füllstoffen (5) und Füllstoffgehalten sowie Zusammensetzungen (Faser, Metallschäume) für die Antihaftungsbeschichtung/-schicht (2a, 2b) Verminderungen der Partikelhaftung auf der Innenoberfläche (3a, 3b) eines Nasselektrofilters (2a, 2b) erzielt worden, wobei gleichzeitig die elektrische Durch-/Überschlagsfestigkeit einer in Betrieb befindlichen Abgasreinigungsanlage (A) vorteilhaft erhöht wird und damit zu Kosteneinsparungen für den Betreiber führt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in den 2a und 2b eine Bündelanordnung – im Sinne eines Bausatzes (6a, 6b) – bestehend aus mehreren, mindestens zwei rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofiltern (1a, 1b) in einem Abgasstrom (G) einer nicht weiter abgebildeten Abgasreinigungsanlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dargestellt.

Von daher tragen Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon erläutert wurden, die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals im Einzelnen beschrieben. Die Nasselektrofilter (1a, 1b) bestehen aus alternierenden Materialien und Füllstoffen (5) mit den jeweiligen Füllstoffgehalten nach einem der Ansprüche 4 bis 10 und sind in einer Abgasreinigungsanlage (A) angeordnet. Hierzu sind auch Abschnitte (6a, 6b) mit unterschiedlichen Füllstoffen (5) und Füllstoffanteilen untersucht worden. Experimentell ergaben sich ebenfalls gute Antihaftungseigenschaften der Innenoberfläche (3a, 3b) der Nasselektrofilter (1a, 1b). Weiterhin konnten auch selektiv wirkende Abgasreinigungsstufen für Industrieabgase (G) unterschiedlichster Zusammensetzung geschaffen werden. Vorteilhaft wurde eine Abgasreinigungsanlage (A) mit mehreren Nasselektrofilterbausätzen (6a, 6b) kaskadenförmig hintereinander angeordnet, wodurch ein hohes Trennvermögen der im Abgasstrom (G) befindlichen Abgaspartikel mit einer Größenordnung im Bereich von 0,3 bis 1 &mgr;m erreicht wurde.

Auch sind parallel zueinander angeordnete Nasselektrofilterbausätze (6a, 6b) in einer Abgasreinigungsanlage (A) denkbar, insbesondere wenn der Abgasstrom in einem vorgeschalteten Abgasteiler geführt wird.


Anspruch[de]
Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b), insbesondere für die Abscheidung von Partikeln aus Abgasen oder Abgasgemischen (G) dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) auf der Nasselektrofilterinnenseite (3a, 3b) vorgesehen ist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) aus einer mehrschichtigen Schichtfolge mit aufeinander abgestimmten Dielektrizitätswerten (&egr;) und/oder Durchgangswiderstandswerten (R) besteht. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) auf einer mehrschichtigen Schichtfolge mit aufeinander abgestimmten Dielektrizitätswerten (&egr;) oder Durchgangswiderstandswerten (R) einen Gradienten von der Antihaftungsbeschichtung/Antihaftungsschicht (2a, 2b) hin zum rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilterkörper aufweist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) aus einem Polyethylen (PE) und/oder einem Polypropylen (PP) und/oder einem Polystyrol (PS) und/oder einem PVC und/oder einem Polyoxymethylen (POM) besteht und mit einem Rußgehalt von 5 bis 35 % Gewichtsanteilen gefüllt ist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) aus einer Polyamidverbindungen (PA), insbesondere PA66, und/oder einem Polycarbonat (PC) besteht und mit Metallfasern von 5 bis 20 % Gewichtsanteilen gefüllt ist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern aus Stahl und/oder Kupfer und/oder Blei und/oder Messing und/oder Buntmetallverbindungen bestehen. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfaserlängen im Bereich von 0,05 mm bis 5 mm liegen. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) aus einem Polycarbonat (PC) und/oder einer Polyamidverbindung (PA, PA66) besteht und mit kohlstoffhaltigen Fasern von 10 bis 40 % Gewichtsanteilen gefüllt ist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) aus einem Polyethylenterephthalat (PET) und/oder einem Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder einem Polyphenylensulfid (PPS) und/oder einem Polyetherimid (PEI) besteht und mit einem kohlstoffhaltigen Füllstoff von 30 bis 40 % Gewichtsanteilen gefüllt ist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) aus einem PVC und/oder einem Polyamid (PA, PA66) besteht und mit einem Polyanilin-haltigen Füllstoff von 20 bis 40 % Gewichtsanteilen gefüllt ist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifischer Durchgangswiderstand (R) im Bereich von 7 bis 10–2 &OHgr;cm mit den Füllstoffen nach einem der Ansprüche 4 bis 10 gefüllt entlang der Oberfläche der Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b) hin zum Abgasstrom (G) eingestellt ist. Rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gradient im Bereich des Durchgangswiderstands (R) gemäß Anspruch 11 die Haftungsfähigkeit von Abgaspartikeln auf der rohr- oder wabenförmigen Innenoberfläche (3a, 3b) eines Nasselektrofilters (1a, 1b) im Abgasstrom (G) reduziert. Bausatz (6a, 6b) für eine Nasselektrofilteranlage bestehend aus mindestens zwei rohr- und/oder wabenförmigen Nasselektrofiltern (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Bausatz (6a, 6b) für eine Nasselektrofilteranlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei rohr- und/oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) aus alternierenden Materialien und Füllstoffanteilen nach einem der Ansprüche 4 bis 10 in einer Abgasreinigungsanlage (A) angeordnet sind. Bausatz (6a, 6b) für eine Nasselektrofilteranlage nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere rohr- und/oder wabenförmige Nasselektrofilter (1a, 1b) entlang des zu reinigenden Abgasstroms (G) abschnittsweise unterschiedliche Füllstoffe (5) und/oder Füllstoffgehalte aufweisen. Bausatz (6a, 6b) für eine Nasselektrofilteranlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine selektive Reinigung der im Abgasstrom (G) befindlichen Rauchgaspartikel entlang der Innenoberfläche (3a, 3b) der Nasselektrofilter (1a, 1b) erfolgt. Abgasreinigungsanlage (A) bestehend aus mindestens einem Bausatz (6a, 6b) nach einem der Ansprüche 13 bis 16 zur Reinigung von mit Abgaspartikeln belasteten Industrieabgasen (G). Abgasreinigungsanlage (A) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nasselektrofilterbausätze (6a, 6b) kaskadenförmig hintereinander angeordnet sind. Abgasreinigungsanlage (A) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgeschalteten Teilung des Abgasstroms (G) parallel zueinander angeordnete Nasselektrofilterbausätze (6a, 6b) angeordnet sind.






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