WO1987003276A1 - Apparatus for rediffusion of oxygen - Google Patents

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WO1987003276A1 PCT/EP1986/000691 EP8600691W WO8703276A1 WO 1987003276 A1 WO1987003276 A1 WO 1987003276A1 EP 8600691 W EP8600691 W EP 8600691W WO 8703276 A1 WO8703276 A1 WO 8703276A1
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Hans Kern
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Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
    • C23F11/18—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using inorganic inhibitors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases

Definitions

  • the invention relates to a device for rediffusion of oxygen according to the preamble of claim 1.
  • Sauersroff causes corrosion in the ignition circuits. 5
  • the oxygen forms iron oxides (magnetite sludge), which remove the inner surface of the pipes and the boiler.
  • the oxygen is also diffused on e.g. Seals, pump seals etc. entered in the circuit due to the partial pressure difference.
  • the oxygen is removed by metering in 20 of hydrazine or hydrazine hydrate.
  • hydrazine is problematic because it is a toxic substance. Instead, substances with a lower affinity for oxygen, such as sodium sulfate, are used undesirable salting of the circuit.
  • the object of the invention is to provide a device of the type described in the introduction with which the oxygen is removed in the same way as with the addition of hydrazine, without the hydrazine having to be metered into the water.
  • FIG. 1 shows a section through a device for rediffusion.
  • FIG. 2 shows a section through an embodiment modified from the embodiment shown in FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a heating circuit with the device according to the invention.
  • the device comprises a gas-tight, closed container 1.
  • Two areas 2 and 3 are provided, each with water-impermeable but gas-permeable walls delimiting the two sides of the areas in the form of gas-permeable membranes or, for example, ceramic walls 4, 5 or 6, 7 to the adjacent areas 8-10 are separated.
  • the layers 2, 3 form a first loading rich in which a medium with a high affinity for oxygen is provided. This medium is preferably hydrazine or hydrazine hydrate.
  • an inlet pipe 11 to be connected to a conduit is provided on the inlet side, which is passed through the layers 2, 3, each sealed by seals.
  • the inlet pipe 11 has an outlet opening 12, 13, 14 opening into each intermediate space 8, 9, 10.
  • the inlet pipe is arranged as close as possible to the side end 15 of the container.
  • An outlet pipe 17 is provided at a distance from the inlet pipe 11 and as close as possible to the opposite end 16 of the container. This is also sealed through the layers 2 and 3 and has inlet openings 18, 19, 20 in each of the areas 8, 9 and 10. The outer end of the outlet pipe can be connected to a conduit.
  • a float valve 21 is provided in an elevated position of the outlet pipe.
  • oxygen-laden liquid is brought into regions 8, 9, 10 via outlet openings 12-14 via inlet pipe 11.
  • the liquid runs along the membranes 4-7.
  • the oxygen present in the liquid diffuses through the membranes into the layers 2, 3 loaded with hydrazine.
  • the liquid then flows on through the inlet openings 18-20 and the outlet pipe 17.
  • the layers 2 and 3 delimited by the membranes 4-7 are layer-shaped.
  • regions 8-10 cylindrical or tubular it is also possible to make regions 8-10 cylindrical or tubular and to pass them between hermetically sealed regions 2 and 3 containing the hydrazine.
  • FIG. 2 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the region with a great affinity for oxygen with the layers 2, 3 at its opposite ends 22, 23 via a line 24 into one Circuit is switched.
  • a circulation pump 25 and an expansion valve 26 are provided in the circuit.
  • the circulation pump 25 is operated so that the hydrazine in a direction of flow indicated by arrow 27 opposite to the liquid directed through the device and indicated by arrow 28 is directed in the countercurrent principle. This increases the speed of the exchange.
  • FIG. 3 shows a heating circuit with plastic heating pipes 29, as are typical for underfloor heating, a metallic return pipe 30 and a heating boiler 31.
  • a device described above is introduced into the circuit via the inlet pipe 11 and the outlet pipe 17. Furthermore, another such device is introduced into the circuit via inlet pipe 11 and outlet pipe 17 immediately before the input of the boiler 31.
  • the hydrazine or hydrazine hydrate hermetically sealed in the device now extracts the oxygen from the heating water at the outlet of the plastic pipes through the gas-permeable membranes, since the partial pressure of the oxygen in the heating circuit is greater than in the areas filled with hydrazine.

Abstract

The above-described apparatus is designed to eliminate oxygen from water, in particular in closed circuits such as heating circuits, in order to prevent corrosion in the pipe-lines and boiler, as well as the formation of magnetic sludge. For this purpose, the apparatus is provided with a first region (2, 3) containing a medium having a great affinity for oxygen and a second region (8, 9, 10) separated from the latter by a liquid-tight but gas-permeable partition wall (4, 7). This second region is connected into the pipe-line through which the liquid to be treated is conveyed.

Description

Einrichtung zur Rediffusion von Sauerstoff Device for the rediffusion of oxygen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rediffusion von Sauerstoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for rediffusion of oxygen according to the preamble of claim 1.
Sauersroff verursacht in Keizungskreisläufen eine Korrosion. 5 Der Sauerstoff bildet dabei Eisenoxide (Magnetitschlämme), die die innere Oberfläche der Rohre und des Heizkessels abtragen. Prinzipiell wird der Sauerstoff auch durch Diffu¬ sion an z.B. Dichtungen, Pumpenabdichtungen usw. aufgrund der Partialdruckdifferenz in den Kreislauf eingetragen.Sauersroff causes corrosion in the ignition circuits. 5 The oxygen forms iron oxides (magnetite sludge), which remove the inner surface of the pipes and the boiler. In principle, the oxygen is also diffused on e.g. Seals, pump seals etc. entered in the circuit due to the partial pressure difference.
10 Bei Dampferzeugern, wie sie beispielsweise für Bügelmaschi¬ nen Anwendung finden, wird außerdem durch das Nachspeise¬ wasser Sauerstoff eingebracht. Insbesondere bei Kreisläufen mit einer großen Diffusionsoberfläche, wie dies bei Fu߬ bodenheizungen mit Kunststoffrohren der Fall ist, erfolgt10 In steam generators, such as those used for ironing machines, oxygen is also introduced through the make-up water. Particularly in the case of circuits with a large diffusion surface, as is the case with underfloor heating systems with plastic pipes
15 eine große Diffusion, wodurch in dem Kreislauf befindliche15 a large diffusion, whereby in the circuit
Metallrohre und Heizungskessel korrodieren und die Heizungs¬ rohre mit Magnetitschlämmen verstopft werden.Metal pipes and heating boilers corrode and the heating pipes are clogged with magnetite slurries.
Im industriellen Bereich wird der Sauerstoff durch Zudosieren 20 von Hydrazin bzw. Hydrazinhydrat entfernt. Hydrazin ist jedoch problematisch, da es sich um einen giftigen Stoff t handelt. Nimmt man statt dessen Stoffe mit geringerer Sauer¬ \ stoffäffinität wie beisoielsweise Natriumsul it, erfolgt in ungewünschter Weise eine Aufsalzung des Kreislaufes.In the industrial sector, the oxygen is removed by metering in 20 of hydrazine or hydrazine hydrate. However, hydrazine is problematic because it is a toxic substance. Instead, substances with a lower affinity for oxygen, such as sodium sulfate, are used undesirable salting of the circuit.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der in gleicher Weise wie mit dem Zusatz von Hydrazin der Sauerstoff entfernt wird, ohne daß indessen Hydrazin dem Wasser hinzudosiert werden muß.The object of the invention is to provide a device of the type described in the introduction with which the oxygen is removed in the same way as with the addition of hydrazine, without the hydrazine having to be metered into the water.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung gekenn¬ zeichnet ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1.This object is achieved by a device of the type described at the outset, which according to the invention is characterized by the features of the characterizing part of patent claim 1.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Further features and advantages of the invention result from the description of exemplary embodiments with reference to the figures. From the figures show:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einrichtung zur Rediffusion;1 shows a section through a device for rediffusion.
Fig. 2 einen Schnitt durch eine gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform abgewandelte Ausführungs¬ form; undFIG. 2 shows a section through an embodiment modified from the embodiment shown in FIG. 1; and
Fig. 3 einen Heizungskreislauf mit der erfindungsgemäßen Einrichtung.Fig. 3 shows a heating circuit with the device according to the invention.
Die Einrichtung umfaßt einen gasdichten, geschlossenen Be¬ hälter 1. Es sind zwei Bereiche 2 und 3 vorgesehen, die je¬ weils durch die beiden Seiten der Bereiche begrenzende wasser¬ undurchlässige, jedoch gasdurchlässige Wandungen in Form von gasdurchlässigen Membranen oder beispielsweise Keramikwände 4, 5 bzw. 6, 7 zu den daran angrenzenden Bereichen 8-10 hin abgetrennt sind. Die Schichten 2, 3 bilden einen ersten Be- reich, in dem ein Medium mit großer Affinität zu Sauer¬ stoff vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dieses Medium Hydra¬ zin oder Hydrazinhydrat.The device comprises a gas-tight, closed container 1. Two areas 2 and 3 are provided, each with water-impermeable but gas-permeable walls delimiting the two sides of the areas in the form of gas-permeable membranes or, for example, ceramic walls 4, 5 or 6, 7 to the adjacent areas 8-10 are separated. The layers 2, 3 form a first loading rich in which a medium with a high affinity for oxygen is provided. This medium is preferably hydrazine or hydrazine hydrate.
Ferner ist eingangsseitig ein mit einem Leitungsrohr zu verbindendes Einlaßrohr 11 vorgesehen, welches durch die Schichten 2, 3 jeweils durch Dichtungen abgedichtet hin¬ durchgeführt ist. Das Einlaßrohr 11 weist je eine in jeden Zwischenraum 8, 9, 10 mündende Auslaßöffnung 12, 13, 14 auf. Das Einlaßrohr ist möglichst nahe an dem seitlichen Ende 15 des Behälters angeordnet.Furthermore, an inlet pipe 11 to be connected to a conduit is provided on the inlet side, which is passed through the layers 2, 3, each sealed by seals. The inlet pipe 11 has an outlet opening 12, 13, 14 opening into each intermediate space 8, 9, 10. The inlet pipe is arranged as close as possible to the side end 15 of the container.
In einem Abstand zu dem Einlaßrohr 11 und möglichst nahe an dem gegenüberliegenden Ende 16 des Behälters ist ein Aus- laßrohr 17 vorgesehen. Dieses ist ebenso abgedichtet durch die Schichten 2 und 3 hindurchgeführt und weist Einlaßöff¬ nungen 18, 19, 20 in jedem der Bereiche 8, 9 und 10 auf. Das äußere Ende des Auslaßrohres ist mit einem Leitungsrohr verbindbar. In einer erhöhten Position des Auslaßrohres ist ein Schwimmerventil 21 vorgesehen.An outlet pipe 17 is provided at a distance from the inlet pipe 11 and as close as possible to the opposite end 16 of the container. This is also sealed through the layers 2 and 3 and has inlet openings 18, 19, 20 in each of the areas 8, 9 and 10. The outer end of the outlet pipe can be connected to a conduit. A float valve 21 is provided in an elevated position of the outlet pipe.
Im Betrieb wird über das Einlaßrohr 11 mit Sauerstoff be- ladene Flüssigkeit über die Auslaßöffnungen 12-14 in die Bereiche 8, 9, 10 gebracht. Die Flüssigkeit streicht entlang der Membranen 4-7. Der in der Flüssigkeit vorhandene Sauer¬ stoff diffundiert durch die Membranen in die mit Hydrazin beladenen Schichten 2, 3. Anschließend fließt die Flüssig¬ keit über die Einlaßöffnungen 18-20 und das Auslaßrohr 17 weiter.In operation, oxygen-laden liquid is brought into regions 8, 9, 10 via outlet openings 12-14 via inlet pipe 11. The liquid runs along the membranes 4-7. The oxygen present in the liquid diffuses through the membranes into the layers 2, 3 loaded with hydrazine. The liquid then flows on through the inlet openings 18-20 and the outlet pipe 17.
Bei der Umwandlung des Hydrazins durch den Sauerstoff (NpH.+0p= When the hydrazine is converted by oxygen (N p H. + 0 p =
2Hp0+Np) wird Stickstoff frei. Da in der durch die Einrich¬ tung hindürchgeführten Flüssigkeit der Partialdruck für Stickstoff kleiner als in den Schichten 2 und 3 ist, diffun¬ diert der Stickstoff nach außen und wird über -das Schwimmer¬ ventil 21 abgeschieden.2H p 0 + N p ) nitrogen is released. Since the partial pressure for nitrogen in the liquid carried through the device is lower than in layers 2 and 3, the nitrogen diffuses outwards and is separated via the float valve 21.
Mit der oben beschriebenen Einrichtung wird also erreicht, daß durch die hermetische Abdichtung der Schichten 2 und 3 kein Kontakt mit dem giftigen Stoff möglich ist.With the device described above, it is thus achieved that no contact with the toxic substance is possible due to the hermetic sealing of layers 2 and 3.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die durch die Membranen 4-7 begrenzten Schichten 2 und 3 schichtför- mig ausgebildet. Es ist aber auch möglich, durch Membran¬ wandungen gebildete zylinderförmige Bereiche 2, 3 zu bilden, wodurch die wirksame Kontaktoberfläche noch vergrößert wird.In the embodiment described above, the layers 2 and 3 delimited by the membranes 4-7 are layer-shaped. However, it is also possible to form cylindrical regions 2, 3 formed by membrane walls, as a result of which the effective contact surface is further increased.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die Bereiche 8-10 zylinderförmig bzw. rohrförmig zu machen und zwischen hermetisch abgedichteten das Hydrazin ent- haltenden Bereichen 2 und 3 hindurchzuführen.According to a further embodiment, it is also possible to make regions 8-10 cylindrical or tubular and to pass them between hermetically sealed regions 2 and 3 containing the hydrazine.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß der eine große Affinität zu Sauerstoff aufweisende Bereich mit den Schichten 2, 3 an seinen jeweils gegenüber¬ liegenden Enden 22, 23 über eine Leitung 24 in einen Kreis¬ lauf geschaltet ist. In dem Kreislauf sind eine Umwälzpumpe 25 und ein Ausdehnungsge äß 26 vorgesehen.The embodiment shown in FIG. 2 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the region with a great affinity for oxygen with the layers 2, 3 at its opposite ends 22, 23 via a line 24 into one Circuit is switched. A circulation pump 25 and an expansion valve 26 are provided in the circuit.
Die Umwälzpumpe 25 wird so betrieben, daß das Hydrazin in einer durch den Pfeil 27 angedeuteten Strömungsrichtung der durch die Einrichtung geleiteten Flüssigkeit entgegen¬ gesetzten, durch den Pfeil 28 angedeuteten Richtung im Ge- genstromprinzip geleitet wird. Dadurch wird die Geschwin- digkeit des Austausches vergrößert.The circulation pump 25 is operated so that the hydrazine in a direction of flow indicated by arrow 27 opposite to the liquid directed through the device and indicated by arrow 28 is directed in the countercurrent principle. This increases the speed of the exchange.
In Fig. 3 ist ein Heizungskreislauf mit Kunststoff-Heizungs¬ rohren 29, wie sie für eine Fußbodenheizung typisch sind, einem metallischen Rückführungsrohr 30 und einem Heizkessel 31 gezeigt. Am Ende der Kunststoff-Heizungsrohre ist eine oben beschriebene Einrichtung über das Einlaßrohr 11 und das Auslaßrohr 17 in den Kreislauf eingebracht. Ferner ist unmittelbar vor dem Eingang des Heizkessels 31 eine weitere solche Einrichtung über Einlaßrohr 11 und Auslaßrohr 17 in den Kreislauf eingebracht.3 shows a heating circuit with plastic heating pipes 29, as are typical for underfloor heating, a metallic return pipe 30 and a heating boiler 31. At the end of the plastic heating pipes, a device described above is introduced into the circuit via the inlet pipe 11 and the outlet pipe 17. Furthermore, another such device is introduced into the circuit via inlet pipe 11 and outlet pipe 17 immediately before the input of the boiler 31.
In dem Kreislauf und insbesondere im Bereich der Kunststoff¬ rohre diffundiert Sauerstoff in das Wasser hinein. Das in der Einrichtung hermetisch abgeschlossene Hydrazin bzw. Hydrazinhydrat entzieht nun dem Heizungswasser am Ausgang der Kunststoffrohre durch die gasdurchlässigen Membranen den Sauerstoff, da der Partialdruck des Sauerstoffs im Heizungs¬ kreislauf größer ist als in den mit Hydrazin gefüllten Be¬ reichen. Oxygen diffuses into the water in the circuit and in particular in the area of the plastic pipes. The hydrazine or hydrazine hydrate hermetically sealed in the device now extracts the oxygen from the heating water at the outlet of the plastic pipes through the gas-permeable membranes, since the partial pressure of the oxygen in the heating circuit is greater than in the areas filled with hydrazine.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Einrichtung zur Rediffusion von Sauerstoff aus einer in einer Leitung geführten Flüssigkeit oder Dampf, insbe¬ sondere in geschlossenen Kreisläufen, mittels eines eine große Affinität zu Sauerstoff aufweisenden Mediums, gekennzeichnet durch einen das Medium enthaltenden ersten1. Device for the rediffusion of oxygen from a liquid or vapor carried in a line, in particular in closed circuits, by means of a medium with a high affinity for oxygen, characterized by a first containing the medium
Bereich (2, 3) und einen von dem ersten Bereich (2, 3) durch eine lüssigkeitsdichte , jedoch gasdurchlässige Wandung (4-7) getrennten zweiten Bereich (8, 9, 10), welcher ein- gangsseitig mit der Zufuhrseite (11) der Leitung und aus- gangsseitig (17) mit der Ableitungsseite der Leitung ver¬ bunden ist.Area (2, 3) and a second area (8, 9, 10) separated from the first area (2, 3) by a liquid-tight but gas-permeable wall (4-7), which on the input side is connected to the supply side (11) the line and the output side (17) is connected to the discharge side of the line.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1) mit wenigstens einem auf seinen zwei gegenüberliegenden und jeweils durch die Wan¬ dungen (4-7) begrenzten Seiten von der Flüssigkeit umspülten schichtförmigen ersten Bereich (2, 3). 3. Einrichtung nach- Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (2, 2. Device according to claim 1, characterized by a housing (1) with at least one on its two opposite and each delimited by the walls (4-7) sides of the liquid-washed first layer-shaped area (2, 3). 3. Device according to claim 1, characterized in that the first area (2,
3) rohr- förmig ausgebildet ist.3) is tubular.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (2, 3) über eine Leitung (24) in einem Kreislauf geschaltet ist und daß in dem Kreislauf eine Umwälzpumpe (25) vorgesehen ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first region (2, 3) via a line (24) is connected in a circuit and that a circulation pump (25) is provided in the circuit.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (25) eine dem Flüssigkeitsstrom entgegengesetzte Strömung erzeugt.5. Device according to claim 4, characterized in that the circulation pump (25) generates an opposite flow to the liquid flow.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnt, daß in der die Flüssigkeit führenden Leitung (17) ein Entlüftungsventil (21) vorgesehen ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the liquid-carrying line (17) a vent valve (21) is provided.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in einem Hei- zungskreislauf vorgesehen ist.7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device is provided in a heating circuit.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwischen dem vom Heizbereich (9) kommenden Rücklauf und dem Eingang des Heizkessels (31) vorgesehen ist.8. Device according to claim 7, characterized in that the device is provided between the return from the heating area (9) and the inlet of the boiler (31).
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Hydrazin oder Hydra- zinhydrat ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the medium is hydrazine or hydrazine hydrate.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Natriumsulfit oder Tannine ist. 10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the medium is sodium sulfite or tannins.
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