DE19752719A1 - Katalytischer Reaktor - Google Patents
Katalytischer ReaktorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, zu
deren Durchführung für eine chemische Reaktion von einer
Flüssigkeit und/oder in dieser gelösten und/oder emulgierten
und/oder schwebenden Stoffen mit einem Gas, wobei diese
Flüssigkeit mit dem Gas unter einem Druck in eine gesättigte
Gaslösung überführt wird und diese dann durch eine
Druckverminderung in eine übersättigte Lösung überführt wird,
woraus sich beim Abbau der Übersättigung ein Gemisch aus
Mikroblasen des Gases und der entlasteten Flüssigkeit bildet.
Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen
Durchführung ist aus der DE 35 01 175 C2 bekannt. Die mit dem
Injektor unter Druck gesättigte Flüssigkeit wird beim Entspannen
übersättigt und scheidet dann Mikroblasen des Gases aus, das Luft,
Chlor, Ozon, Kohlensäure oder dgl. sein kann und in der
Mikroblasenform in feinster Verteilung mit der Flüssigkeit oder
darin emulsionsartig enthaltenen Feststoffen intensiv reagiert und
beispielsweise in schadstoffbelastetem Wasser Sauerstoff zum
Schadstoffabbau zur Reaktion bringt.
Weiterhin ist es bekannt, daß chemische Reaktionen zwischen Gasen
oder Flüssigkeiten an Oberflächen von Katalysatoren, z. B.
Metalloberflächen, bei gleichen sonstigen Reaktionsbedingungen
schneller ablaufen. Für die Wirkungsintensität des Katalysators
kommt es dabei darauf an, daß die Reaktionspartner intensiven
Kontakt zur Katalysatoroberfläche bekommen und das
Reaktionsprodukt von dort möglichst rasch entfernt wird. Dieses
Problem ist jedoch nur in Grenzen durch eine gesteuerte Anströmung
des Katalysators zu beherrschen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Verfahren in
seiner Reaktionsaktivität wesentlich zu steigern.
Die Lösung besteht darin, daß bei dem Verfahren eine chemische
Reaktion von einer Flüssigkeit und/oder in dieser gelösten
und/oder emulgierten und/oder schwebenden Stoffen mit einem Gas
erfolgt, wobei diese Flüssigkeit mit dem Gas unter einem Druck in
eine gesättigte Gaslösung überführt wird und diese dann durch eine
Druckverminderung in eine übersättigte Lösung überführt wird,
woraus sich beim Abbau der Übersättigung ein Gemisch aus
Mikroblasen des Gases und der entlasteten Flüssigkeit bildet.
Es hat sich gezeigt, daß die über den Katalysator beschleunigte
Reaktion der Komponenten durch die Mikroblasenaktivität zusätzlich
erheblich beschleunigt wird. Die emulsionsartig verteilten
Mikroblasen treiben zur Katalysatoroberfläche und transportieren
so die Reaktionspartner dort in den katalytisch aktiven Bereich.
Nach ihrer Ankunft dort akkumulieren die Gasbläschen sich zu
größeren Einheiten, die aufsteigen und so die Reaktionsoberfläche
schnell verlassen und die Reaktionsprodukte von dort mitschleppen.
Es entsteht somit eine äußerst wirksame Dynamik im
Reaktionsbereich. Versuche haben eine bis 50fach erhöhte
Reaktionsgeschwindigkeit gezeigt.
Die Reaktionspartner können feste und flüssige Komponenten, die in
der Flüssigkeit enthalten sind, die Flüssigkeit selbst und auch das
Gas sein. Die Flüssigkeit und/oder das Gas können also in
bestimmten Fällen lediglich die Dynamik tragende Agentien sein,
wenn sie nicht selbst reagieren.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Verfahrens zur
Aufoxydierung von organisch schadstoffhaltigen Abwässern oder
sulfidischen und sulfitischen Industrieabwässern, wobei Luft,
Sauerstoff oder Ozon vorzugsweise eingebracht wird.
Ebenso hat sich die Reduktion von nitrathaltigem Wasser für die
Trink- und Brauchwasserverwendung mittels Wasserstoffgas
vorteilhaft durchführen lassen.
Die hohen Reaktionsgeschwindigkeiten führen zur außerordentlichen
Verkleinerung bekannter Anlagen bei gleicher Leistung oder
entsprechender Durchsatzerhöhung bei vorhandenen Anlagen. Außerdem
ist der spezifische Energieeinsatz mit den Sättigungsinjektoren,
den Pumpen und Filtern, geringer als bei herkömmlichen Anlagen zur
Oxydation der Reduktion.
Der Katalysator besteht jeweils aus einem geeigneten Netz oder
Filz oder Schwamm, das/der entweder selbst vollständig aus dem
Katalysatormaterial besteht oder mit diesem beschichtet ist. Als
Katalysatormaterial ist in vielen Fällen ein geeignetes Metall zu
nutzen. Für die Nitratreduktion ist z. B. Kobalt gut geeignet.
Eine beispielhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zeigen Fig. 1 und 2.
Fig. 1 zeigt ein Übersichtsbild der Reaktionsvorrichtung.
Kern der neuartigen Vorrichtung ist ein Injektor (X), in dem aus
Gas (G, G1, G2) und Flüssigkeit (F) eine unter einem Druck (P)
stehende gesättigte Lösung (GL) erzeugt wird, die nach Passieren
eines Entspannungsventiles (VS) zu einer übersättigten Lösung (ÜL)
wird, die in Flüssigkeit (F) und Mikroblasen (MB) zerfällt, die
dem Katalysator (K2) zugeführt werden. Auch in der gesättigten
Lösung (GL) treten Gasblasen bis zur Kleinheit der Mikroblasen
auf, so daß auch in dieser ein Katalysator (K1) vorteilhaft
angeordnet ist.
Die gesamte Vorrichtung arbeitet kontinuierlich, und Gas (G) und
die Reaktionsprodukte (F, RP) verlassen den Entspannungsraum (ER)
mit dem Katalysator (K2), wonach bedarfsweise eine Separation der
Phasen und/oder der Reaktionsprodukte erfolgt.
Bevorzugt ist dem Katalysator (K2) eine Entgasungszone (B400)
nachgeordnet, aus der oben aus dem Dom (401) das Gas (G) über ein
von dem Niveauwächter (403) niveaugesteuertes Ventil (VE402) und
die Flüssigkeit (F) ggf. mit dem Reaktionsprodukt (RP) unterhalb
des Niveaus durch ein durch den Druck (P1) gesteuertes Ventil
(V404) abgegeben werden. Es können auch mehrere
katalysatorbestückte Entspannungs- und Entgasungsräume paarweise
hintereinander angeordnet sein, wobei die Übergabeventile jeweils
entsprechend verschiedener Druckstufen gesteuert sind.
Vorteilhaft wird bei bestimmten, aus der Flüssigkeit zu
entfernenden Reaktionsprodukten, z. B. Sulfaten, ein Fällungsmittel
(FM), z. B. Kalkmilch, in den letzten Entgasungsraum (B400)
eindosiert und von dort das Fällungsprodukt (FP) mit der
Flüssigkeit (F) ausgetragen.
Die Dosiervorrichtung besteht beispielsweise aus einem
Mengenregelventil (MR033), das mit einer Pumpe (P013) aus einem
Vorratsbehälter (B023) gespeist wird.
Die durch das Ventil (VE404) abgeführte Flüssigkeit (F) wird
bevorzugt in einem Mikrofilter (B500) von festen Stoffen, also
festen Reaktionsprodukten (RP) bzw. Fällungsprodukten, z. B. Gips,
getrennt. Als Mikrofilter wird bevorzugt eine durch einen Querstrom
zu reinigende Plattenfilteranordnung gewählt. Der Querstrom wird
durch eine Speisepumpe (K505) erzeugt und über eine Sammelleitung
über ein Ventil (VS504) abgeführt und entsorgt. Während der
Spülzeit sind das eingangseitige Ventil (VE404) und ein
ausgangsseitiges Ventil (V506) geschlossen. Die Ventilplatten sind
vorzugsweise vertikal gestellt, so daß dort noch bei einer
abschließenden Entgasung aufsteigendes Restgas aufsteigt und
zusätzlich eine reinigende Wirkung auf die Filteroberfläche
entfaltet. Das Restgas wird in einem Dom (501) gesammelt und über
ein mit dem Niveauwächter (503) gesteuertes Ventil (VE502)
abgegeben.
Der Injektor (X) wird ausgangsseitig über eine Pumpe (P010, P011)
aus einem Vorratsbehälter (B020, B021) gespeist, wobei bevorzugt
die dargestellten zwei Behälter und Pumpen wechselweise oder
parallel zum Vermengen verschiedener Ausgangsflüssigkeiten
betrieben werden. Sofern Schwebstoffe sich in der
Ausgangsflüssigkeit befinden, empfiehlt es sich, diese in einem
Separator (FS) abzutrennen, da diese u. U. die Katalysatoren (K1,
K2) verstopfen und durch die Flotationswirkung der Mikroblasen
aufsteigen und verklumpen, so daß sie den Prozeß stören können.
Als Filter empfiehlt sich ein Schlitzblechfilter (2) mit einer
motorisch getriebenen rotierenden Räumvorrichtung (3), aus der
unten periodisch über ein Ablaßventil (V120) der Filterschlamm
(SS) abgezogen wird.
Außer dem Hauptflüssigkeitsstrom (F) können über Dosierer (MR032)
Additive, insbesondere Reaktionspartner, dem Injektor (X)
zugeleitet sein. Der Dosierer (MR032) ist eingangsseitig über eine
Pumpe (P012) mit einem Additivbehälter (B022) verbunden.
Falls das Aktions- und/oder Reaktionsgas (G) Luft ist, ist ein
Kompressor (K43) über ein niveaugesteuertes Ventil (53) mit dem
Injektorraum (IR) verbunden. Falls Gase (G1, G2), wie Sauerstoff,
Ozon, Wasserstoff, Kohlensäure oder dgl., eingebracht werden
sollen, werden diese jeweils aus einer Gasflasche (B041, B042)
über ein niveaugesteuertes Ventil (51, 52) in den Injektionsraum
(IR) eingespeist.
Der Injektor (X) hat eine Injektionskammer, in die die Flüssigkeit
(F) durch Düsen axial einströmt und das Gas (G, G1, G2) durch
Zuströmbohrungen (Z) seitlich aus dem Injektorraum (IR) in die
Injektionszone (IZ) zuströmt und das dort entstehende Gemisch und
die Gaslösung (GL) an einer Prallwand gebremst seitlich aus
Austrittsbohrungen (A) abströmt. Das Flüssigkeitsniveau im
Injektorraum (IR) wird gesteuert so gehalten, daß es zwischen den
Zuström- und Austrittsbohrungen (Z, A) liegt. Das Niveau wird
durch einen Niveausensor (NS) überwacht, mit dessen Signal eine
Niveausteuervorrichtung (LIC) das/die Gaszuführventil/e (51-53)
steuert.
Der Druck im Injektionsraum (IR) wird von einem Druckwächter (P)
überwacht und steuert das ausgangsseitige Entspannungsventil (VS).
An den Injektorraum (IR) schließt sich nach unten die Trennstufe
(TS) an, in der überschüssiges Gas (G) sich von der gesättigten
Lösung (GL) trennt, von wo es zu den Gaszutrittsbohrungen (Z)
zurückkehrt. In der Trennstufe (TS) ist vorteilhaft auch einer der
Katalysatoren (K1) angeordnet.
Statt der gezeigten kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung läßt
sich auch eine mit Chargen arbeitende Vorrichtung für das
Verfahren verwenden, wobei verschiedene Prozeßstufen auch in den
gleichen Behältnissen ausgeführt werden können.
Außerdem lassen sich die einzelnen Prozeßstufen parallel anordnen
und durch Schaltventile im Tandem oder wechselweise oder
kaskadiert betreiben, so daß abhängig von der Komplexität des
durchzuführenden Prozesses jeweils ein optimales Gesamtergebnis in
möglichst kurzer Prozeßzeit erreicht wird.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine kaskadierte Anordnung zweier
Injektoren (X1, X), wobei dem vorbeschriebenen Vielstrahlinjektor
(X) ein Einstrahlinjektor (X1) vorgeschaltet ist, der axial mit
der Flüssigkeit (F) und seitlich in bekannter Weise mit dem Gas
(G) beaufschlagt wird. Die Gas-Flüssigkeitsmischung tritt dann bei
weiterem Druckabfall durch die Düsenplatte (DP) des nachfolgenden
Injektors (X).
Claims (26)
1. Verfahren zur Durchführung einer chemischen Reaktion von
einer Flüssigkeit (F) und/oder in dieser gelösten und/oder
emulgierten und/oder schwebenden Stoffen mit einem Gas (G), wobei
diese Flüssigkeit (F) mit dem Gas (G) unter einem Druck (P) in
eine gesättigte Gaslösung (GL) überführt wird und diese dann durch
eine Druckverminderung in eine übersättigte Lösung (ÜL) überführt
wird, woraus sich beim Abbau der Übersättigung ein Gemisch (M) aus
Mikroblasen (MB) des Gases (G) und der entlasteten Flüssigkeit (F)
bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein für die beabsichtigte
Reaktion förderlicher Katalysator (K1, K2) mit dem Mikroblasen-
Flüssigkeitsgemisch (MB, F) beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeit (F) vorab von groben Schwebstoffen (SS) befreit wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas (G) mit einem Injektor (X) in die Flüssigkeit eingebracht
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in
einer dem Injektor (X) nachgeordneten Trennstufe (TS) aus der
Gaslösung (GL) freiwerdendes, aufsteigendes Gas (G) wiederholt
einer Injektionszone (IZ) des Injektors (X) zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Trennstufen-Katalysator (K1) in der Trennstufe (TS) so angeordnet
wird, daß er von der von der Gaslösung (GL) und dem freiwerdenden
Gas (G) durchströmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß aus der gesättigten Gaslösung (GL) über ein
Entspannungsventil (VS) ein Strom der übersättigten Lösung (ÜL)
erzeugt wird, der durch einen Entspannungsraum (ER) geleitet wird,
in dem das Mikroblasen-Flüssigkeitsgemisch (MB, F) den dortigen
Reaktions-Katalysator (K2) beaufschlagt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus
dem Entspannungsraum (ER) die Flüssigkeit (F) mit den katalytisch
entstehenden Reaktionsprodukten (RP) laufend abgeführt und dann in
eine gasförmige, flüssige und ggf. feste Phase separiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeit mit den Reaktionsprodukten (RP) mit einem
Fällungsmittel (FM) versetzt wird und die dabei entstehenden
Fällungsprodukte (FP) von der Flüssigkeit weitgehend separiert und
entsorgt werden.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (F) mit sauerstoffbindenden
Schadstoffen, insbesondere Sulfiden und/oder Sulfiten, belastet
ist und das Gas (G) zwei- oder dreiatomiger Sauerstoff oder Luft
ist und der Katalysator (K1, K2) aus dünnen Metalldrähten oder
einem metallisierten schwammigen, geflecht-, gewebe- oder
filzartigen Träger besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als
Reaktionsprodukt entstehendes Sulfat mit Kalkmilch oder
Kalkschlamm ausgefällt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (F) nitrathaltiges Wasser ist,
das Gas (G) Wasserstoff ist und der Katalysator (K1, K2) aus
dünnen Metalldrähten oder einem metallisierten, schwammigen,
geflecht-, gewebe- oder filzartigen Träger besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Katalysator (K1, K2) aus Kobalt besteht oder damit metallisiert
ist.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Flüssigkeitsbehälter (B020) über eine Flüssigkeitspumpe (P010) mit
einem Injektor (X) eingangsseitig verbunden ist, der
ausgangsseitig mit mindestens einer Quelle (B041, B042; K043)
komprimierten Gases (G1, G2, G) verbunden ist und ausgangsseitig
mit mindestens einer Trennstufe (TS) oder einem Entspannungsraum
(ER) verbunden ist, in der und/oder dem ein Katalysator (K1, K2)
enthalten ist und hinter und/oder vor der oder dem mindestens ein
Entspannungsventil (VS, VE402, VE404) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeitspumpe (P010) eingangsseitig an einen
Schwebstoffseparator (FS) angeschlossen ist, der ausgangsseitig
mit dem Injektor (X) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwebstoffseparator (FS) ein Filter (2) mit einer mechanischen
Reinigungsvorrichtung (3) ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Injektor (X) eingangsseitig über
mindestens einen Mengenregler (MR032) jeweils mit einer
Additivstoffversorgungsvorrichtung (P012, B022) verbunden ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Quellen (B041, B042) komprimierten Gases
(G1, G2) Gasflaschen oder Gastanks mit gesteuerten Ventilen (51,
52) sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Quelle (K043) des Gases (G) ein
Luftkompressor mit einem gesteuerten Ventil (53) ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß der Injektor (X) von der Trennstufe (TS)
umgeben ist, an der ein Niveausensor (NS) angeordnet ist, der mit
einer Niveau- und Drucksteuervorrichtung (LIC) verbunden ist, die
die Ventile (51-53) steuert, so daß das Niveau der erzeugten
Gaslösung (GL) im Bereich einer Injektionszone (IZ) des Injektors
(X) liegt, unterhalb welcher Flüssigkeitsaustrittsöffnungen (A)
und oberhalb welcher Gaszutrittsöffnungen (Z) angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß an
die Trennstufen (TS) unten das Entspannungsventil (VS)
angeschlossen ist, mit dem ausgangsseitig der Entspannungsraum
(ER) verbunden ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß an
dem Entspannungsraum (ER) ein Gastrennraum (B400) angeordnet ist,
an den oben ein niveaugesteuertes Gasabführventil (VE402) und
unten einem Steuerniveau ein Abführventil (VE404) für Flüssigkeit
und Reaktionsprodukte (RP) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gastrennraum (B400) über einen Dosierer (MR033) mit einer
Fällungsmittelspeisevorrichtung (P013, B023) verbunden ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,
daß an das Abführventil (VE404) ein Feststoff-Separator (B500)
angeschlossen ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der
Feststoffseparator mindestens ein ein rückspulbares Mikrofilter
ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-24, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Injektor (X) ein Strahlinjektor als ein
weiterer Injektor (X1) vorgeschaltet ist.
26. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrfach ein Entspannungsraum (ER), der einen
Katalysator (K2) enthält, mit einem Entgasungsraum (B400) jeweils
über eine druckstufensteuernde Druckminderventilanordnung (VE404)
hintereinandergeschaltet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997152719 DE19752719A1 (de) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Katalytischer Reaktor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997152719 DE19752719A1 (de) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Katalytischer Reaktor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19752719A1 true DE19752719A1 (de) | 1999-07-01 |
Family
ID=7850057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1997152719 Withdrawn DE19752719A1 (de) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Katalytischer Reaktor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19752719A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007007541A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Catalysts & Chem Ind Co Ltd | 硝酸性窒素含有水の処理方法 |
| CN112495310A (zh) * | 2019-09-14 | 2021-03-16 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种强化丙烯聚合的系统和工艺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3501175A1 (de) * | 1985-01-16 | 1986-07-17 | Franz-Josef Dipl.-Ing. 4791 Lichtenau Damann | Verfahren und vorrichtung zur mischung und loesung von gas in fluessigkeit |
| DE3939267A1 (de) * | 1989-11-28 | 1991-05-29 | Henkel Kgaa | Verteiler und dessen anwendung |
-
1997
- 1997-11-28 DE DE1997152719 patent/DE19752719A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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| DE3501175A1 (de) * | 1985-01-16 | 1986-07-17 | Franz-Josef Dipl.-Ing. 4791 Lichtenau Damann | Verfahren und vorrichtung zur mischung und loesung von gas in fluessigkeit |
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| CN112495310A (zh) * | 2019-09-14 | 2021-03-16 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种强化丙烯聚合的系统和工艺 |
| CN112495310B (zh) * | 2019-09-14 | 2023-02-03 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种强化丙烯聚合的系统和工艺 |
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