DE4318172A1

DE4318172A1 - Gasreinigungs- und Aufbereitungssystem

Info

Publication number: DE4318172A1
Application number: DE4318172A
Authority: DE
Inventors: David J White
Original assignee: Solar Turbines Inc
Current assignee: Solar Turbines Inc
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 1993-12-02
Also published as: US5294410A; JPH0633794A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf den Umweltschutz bzw. Umweltsteuerung und insbesondere auf Systeme zum Steuern bzw. Kontrollieren unerwünschter Verunreinigungen und zum Aufbereiten bzw. Beeinflussen der Temperatur von sauerstoffhaltigem Gas oder Luft für öffentlichen Ver brauch.

Der steigende Bedarf, chemische und toxische Abfallde ponien bzw. Landauffüllungsstätten wieder herzustellen und die Möglichkeit chemischer und biologischer Krieg führung brachte einen Bedarf mit sich für ein Luftrei nigungs- und Dekontaminationssystem, das in Verbindung mit Deponien- und möglichen chemischen und biologischen Kriegsführungsvorgängen verwendet wird.

Mit Bezug auf den Aspekt der chemischen und biologischen Kriegsführung, haben sowohl die Sowjet-Union als auch die Vereinigten Staaten doppelte und dreifache chemische Waf fen eingeführt, wobei zwei oder mehr stabile, unschäd liche Reaktionspartner in getrennten Abteilen der Munition gehalten werden können. Dies erleichtert die Produktion, die Lagerung und Einsatzprobleme. Wenn die Munition eingesetzt wird, würde eine Explosivladung die Reaktionspartner einander zuführen, um das gewünschte chemische Mittel (Agens) zu erzeugen. Instabile und ex trem giftige Mittel können somit auf bewußte Weise ein gesetzt werden.

In den letzten Jahren wurde realisiert, daß die Umwelt bzw. Umgebung für zukünftige Kriege wahrscheinlich sehr unterschiedlich von der der Vergangenheit sein wird. Die Verstädterung vieler Länder in Europa hat ein Szenarium geschaffen, in dem, falls eine Landinvasion vom Osten her durchgeführt würde, ein großer Teil der Kampfhandlungen unvermeidbar in Städten und städtischen Gebieten statt finden würde. Es ist allgemein anerkannt, daß bei koven tionellen Waffen in einem solchen städtischen Krieg die Verteidiger im Vorteil wären. Die Sowjet-Union und andere Länder haben die obigen Trends erkannt und es wird ange nommen, daß die Unvermeidbarkeit eines städtischen Kon flikts genug Anreiz gäbe, eine chemische und/oder bio logische Kriegsführung anzufangen. Zusätzlich zum Kampf in städtischen Gebieten wäre es wünschenswert, viele Ziele einschließlich Luftbasen bzw. Flughäfen und Kommu nikationssysteme, wie Steuerzentren, Kampfleitzentren und Aufklärungsdatenverarbeitungszentren in die Hände zu be kommen, anstatt zu zerstören. Viele andere Befehls- und Steuerzentralen wären auch Hauptziele. Das Ziel dabei ist nicht, diese Ziele körperlich zu zerstören, sondern nur die Besatzung darin zu zerstören, bis die Gegenpartei sie besetzen kann und sie selbst in Gebrauch nehmen kann durch die geeignete Auswahl chemischer Mittel. Zielsper rungszeitperioden könnten von Stunden bis Wochen reichen. Für eine solche Zielsperrung bieten chemische Waffen ein zigartige Vorteile, insbesondere dort, wo die Besetzung darin keine angemessenen Schutz- und Dekontaminations möglichkeiten besitzt. Eine solche Kriegsführung würde eine hohe Truppenvorrückrate gestatten und würde jegliche Eskalation auf taktische Nuklearniveaus vermeiden. Zu sätzlich würde die wahrscheinlich das innewohnende Un gleichgewicht zwischen Angriff und Verteidigung aus nutzen, das in chemischer und biologischer Kriegsführung vorhanden ist. Als allgemeine Regel wird ein giftiges Mittel zuerst entdeckt und möglicherweise verwendet und dann später ansprechend auf die Verwendung des Mittels wird eine Verteidigungsmöglichkeit entwickelt.

Die Industrie hat ein berechtigtes Interesse an Gas- oder Luftreinigung, und zwar in erster Linie wegen ihres En gagements für künftige Produktion integrierter Leistungs- und Umweltsteuerungssysteme. Die gegenwärtigen Produk tionseinheiten können geliefert werden, um einen Bereich von Kühlkapazitäten zu liefern mit gleichzeitiger elek trischer Leistungserzeugung. Es ist geplant, diese Kom binationen zu erweitern und nicht nur elektrische Lei stung und Kühlung vorzusehen, sondern auch Luftreinigung, heiße Luft und heißes Wasser oder Dampf zur Dekontamina tion; das heißt im wesentlichen alle Bedürfnisse eines größeren Krankenhauses oder eines kollektiven Schutzsys tems gegen chemische und biologische Kriegsführung. Der erste Schritt zur Produktion dieser kollektiven Schutz kombination gegen chemische und biologische Kriegsführung wurde erkannt als die Entwicklung eines effektiven Luft reinigungsuntersystems oder eines Zerstörungsuntersystems für chemische und biologische Mittel.

Ein Beispiel eines solchen Luftreinigungssystems ist of fenbart im US-Patent 4 789 294 von A. Jonueres et al., ausgegeben am 22. November 1988. Das Jonqueres-Patent of fenbart ein Luftreinigungs- und thermisches Aufberei tungssystem zur Verwendung mit einer Flugzeugkabine. Das System umfaßt das Lecken oder Ablaufen von Luft aus dem Motor und ein Paar von regenerierenden, chemisch impräg nierten Molekularsieben oder -filtern, um Kohlendioxid aus der abgelassenen Luft zu entfernen.

Ein weiteres Beispiel eines Luftreinigungssystems ist in der Technik definiert als Chargen-Verfahren und umfaßt im allgemeinen herkömmliche Aktivkohle-Absorptionssysteme. Diese Chargen-Verfahren haben eine begrenzte Lebensdauer, sind anfällig auf "Bettdurchbruch" ("bed breaking") und müssen entweder ersetzt oder regeneriert werden, wenn sie mit chemischen Mitteln gesättigt sind. Eines der Haupt probleme mit diesen Kohlebetten ist die gegenwärtige Un fähigkeit zu bestimmen, wann ein "Durchbruch" ("break through") eines bestimmten Mittels bevorsteht. Andere Probleme umfassen die Versorgungslogistik und die Schwie rigkeit, gewisse Mittel während der Regeneration zu desorbieren bzw. zu entfernen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem ge zeigt zum Entfernen einer unerwünschten Verunreinigung, die im allgemeinen für öffentlichen Gebrauch bzw. Ver brauch nicht akzeptabel ist, und für die Temperatur steuerung des gereinigten Gases für die künftige Ver wendung in einem eingeschränkten Gebiet. Das Gasreini gungs- und thermische Aufbereitungssystem umfaßt Mittel zum Komprimieren des teilweise gereinigten Gases und Mit tel zum mindestens teilweise Filtern einer unerwünschten Verunreinigung in kondensierter Phase aus dem Gas. Das System umfaßt ferner Mittel zum Erhöhen der Temperatur des komprimierten und teilweise gereinigten Gases aus den Filtermitteln. Das System umfaßt ferner Mittel zum weite ren Reinigen des Gases einschließlich eines Reaktorsy stems und Mittel, welche Verunreinigungen aus dem teil weise gereinigten Gas absorbieren, und Mittel zum Vermin dern der Temperatur des gereinigten Gases auf ein Niveau, das für öffentlichen Verbrauch akzeptabel ist.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssy stem gezeigt zum Entfernen einer unerwünschten Verunrei nigung, die im allgemeinen nicht akzeptabel ist für öf fentlichen Verbrauch, und für die Temperatursteuerung des gereinigten Gases zur künftigen Verwendung in einem ein geschränkten Gebiet. Das System umfaßt einen Gasturbi nenmotor mit einem Kompressorabschnitt, einem Verbren nerabschnitt, der mit dem Kompressorabschnitt verbunden ist, und einem heißen Abgas, das aus dem Gasturbinenmotor austritt. Das System umfaßt ferner eine Filter-/Trenn- Vorrichtung für ein Gas in kondensierter Phase, wobei das zu reinigende Gas durch die Vorrichtung hindurch geht und zumindest teilweise gereinigt wird. Der Kompressorab schnitt besitzt einen Kompressor darin, der in Strö mungsmittelverbindung mit der Gasfiltervorrichtung ist. Das System umfaßt ferner einen Wärmetauscher, der in Strömungsmittelverbindung mit dem komprimierten, teil weise gereinigtem Gas steht, wobei der Wärmetauscher die Temperatur des komprimierten, teilweise gereinigten Gases erhöht, und Mittel zur weiteren Reinigung des Gases ein schließlich eines Reaktorsystems und Mitteln zum Absor bieren durch Reaktion ungewünschter Zersetzungs- oder De kompositionsprodukte. Das System umfaßt ferner nach Wunsch Mittel zur Aufbereitung bzw. zum Polieren des kom primierten, teilweise gereinigten Gases. Die Mittel zum Polieren besitzen Feststoffilter und einen alkalischen Absorbierer. Ein zweiter Wärmetauscher in Strömungsmittel verbindung mit dem gereinigten Gas vermindert die Tempe ratur des gereinigten Gases auf ein Niveau, das für öf fentlichen Verbrauch akzeptabel ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine allgemeine schematische Ansicht der vor liegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Ansicht in Einzelheiten einer Filtervor richtung, die mit der vorliegenden Erfindung ver wendet wird;

Fig. 3 ist eine Ansicht in Einzelheiten einer alterna tiven Filtervorrichtung, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 ist eine genauere schematische Ansicht eines Teils des Gasreinigungs- und thermischen Aufbereitungs systems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, eines ersten Wärmetauschers oder Reku perators, der direkt an einem Motor befestigt ist und mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, eines zweiten Wärmetauschers oder Re kuperators, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Luft- oder Gasreinigungs system in zwei wahlweisen Konfigurationen gezeigt. Die erste dieser Optionen umfaßt die folgenden Bauteile oder Komponenten. Mittel 12 zum Komprimieren der Luft oder des Gases, bezeichnet durch Pfeil 14. Mittel 16 zum teilwei sen Filtern unerwünschter Verunreinigungen in konden sierter Phase aus der komprimierten Luft oder Gas 14. Mittel 18 zum Erhöhen der Temperatur der teilweise ge filterten, komprimierten Luft oder Gas, und Mittel 20 zum Reinigen oder weiteren Filtern der Luft oder des Gases von jeglichen unerwünschten gasförmigen Materialien oder verbleibenden Materialen in kondensierter Phase. Die Mit tel 20 umfassen auch Mittel 22 zum Aufbereiten bzw. Po lieren und Absorptionsmittel 23, die jegliche uner wünschten Nebenprodukte entfernen, wie beispielsweise Ha logenwasserstoffsäuregase und Schwefelverbindungen, die erzeugt werden könnten. Die Mittel 22 und die Mittel 23 reinigen die Luft oder das Gas weiter. Die Mittel 20 er reichen das Entfernen toxischer bzw. giftiger und uner wünschter Verbindungen, die in der erhitzten Luft vor handen sein können, und zwar zuerst durch katalytisches Zersetzen oder Cracken der Verbindungen. Dieses Crack verfahren wird durch eine Vielzahl von Materialien ka talysiert. Typische Crackkatalysatoren umfassen Chrom oxid, Aluminiumoxid, oft mit Chromoxid gedopt, und Zir konoxid, wiederum üblicherweise verwendet mit einer Zu mischung von Chromoxid. Andere Katalysatoren, die ver wendet werden könnten, umfassen Titanoxid, Siliciumoxid und Vanadiumoxid. Von diesen Katalysatoren sind Alumi niumoxid/Chromoxid und Zirkoniumoxid/Chromoxid die be vorzugten Kandidaten, in erster Linie auf Grund ihrer Ei genschaften, den Wirkungen der Halogenwasserstoffsäuren gase zu widerstehen, die gebildet werden, wenn haloge nierte Bestandteile im Vorhandensein von Wasserdampf gecrackt werden. Diese katalytischen Materialien werden auf einem "Waschmantel" ("wash coat" abgelagert oder ab geschieden, der seinerseits schichtartig auf einem mono lithischen Träger vorhanden ist. Der Waschmantel kann aus Gamma-Aluminiumoxid, Siliciumoxid oder Titanoxid be stehen. Wenn hohe Niveaus von Halogensäuregasen vorher gesehen werden, können die Siliciumoxid- und Titanoxid- Waschmäntel bevorzugt werden. Zur allgemeinen Verwendung jedoch wird üblicherweise der Gamma-Aluminiumoxid-Wasch mantel empfohlen. Dieser Waschmantel ist deswegen wich tig, weil die effektive Fläche für den Katalysator sich mit der Zeit vermindern kann. Während des Betriebs kann der Waschmantel verglasen und seine Mikroporosität ver lieren. Diese Verminderung der Mikroporosität vermindert die Effektivität des Katalysators. Typische monolithische Substrate, die geeignet sind zum Tragen dieser Crackkata lysatoren, umfassen einen weiten Bereich keramischer Ma terialien, wie beispielsweise Cordierit, Mullit, Alu miniumoxid und Titanoxid. Das bevorzugte Keramiksubstrat ist Cordierit. Monolithische Substrate aus Metall können auch verwendet werden. Diese Art von Substrat besteht üblicherweise aus rostfreiem Stahl, der aluminisiert worden ist. Durch gesteuerte Hochtemperaturoxidation des aluminisierten Metalls kann ein kohärenter Aluminium oxidfilm auf der Oberfläche gebildet werden. Dieser Aluminiumoxidfilm ist äquivalent zu dem Waschmantel auf den keramischen Monolithen. Um sicherzustellen, daß die während der Crackreaktion erzeugten Halogene weiter zu den entsprechenden Halogenwasserstoffsäuregasen rea gieren, muß Wasser in ausreichender Menge vorgesehen sein, um die Reaktionen zu befriedigen (die Reaktionsbe dingungen zu erfüllen). Wenn die erwärmte Luft trocken ist, dann muß Wasser zu dem Luftstrom hinzugefügt werden, bevor er in den Crackreaktor eintritt. Dieses Wasser tritt in die katalytischen Reaktionen ein und modifiziert sie, so daß das Halogenwasserstoffsäuregas erzeugt wird. Im allgemeinen enthält Umgebungsluft in den meisten Tei len der Welt ausreichend Wasser, um zu gestatten, daß die Halogenwasserstoffsäuregase gebildet werden.

Nach dem Crackreaktor gehen die erwärmte Luft und die zersetzten chemischen Sorten bzw. Stoffe in einen Säure gasabsorbierer. Dieser Absorbierer, der ein Teil der Luftreinigungsmittel 20 ist, reagiert mit den Halogen wasserstoffsäuregasen und jeglichen schwefelenthaltenden Gasen, die während der Crackreaktion erzeugt werden, und fixiert sie. Dieser Absorbierer ist ein gepacktes Bett von irgendeiner Form, die eine Kombination aus Zink- und Calciumsalzen enthält. Ein Bett aus Marmorchips, gemischt mit Zinkoxidkugeln kann beispielsweise als ein effektives Absorbiererbett verwendet werden. Ein wünschenswertes Verfahren ist es, die Doppeloxide von Calcium und Zink zu verwenden, die mit einem Binder gemischt werden können und in unterschiedlichen Formen geformt werden können. Formen, die den Druckabfall minimieren, können geformt werden und in die Betten gepackt werden oder angeordnet werden, um einen Reaktor mit einzelnen Kanälen zu bilden. Das letztere Doppeloxid ist das bevorzugte Verfahren, um Säuregase zu absorbieren. Dieses Bett, das das Entfernen unerwünschter Säuregase aus der Luft bewirken soll, schützt auch den stromabwärts von dem Absorbierer ange ordneten, zweiten katalytischen Reaktor vor den Wirkungen der verschiedenen Säuregase.

Der zweite katalytische Reaktor ist ein Oxidationsreak tor, der vorzugsweise einen Nicht-Edelmetall-Katalysator verwendet, basierend auf Kupfer und Manganoxiden, um die Tochterfragmente der zersetzten chemischen Sorten oder Verbindungen zu oxidieren, die den Crackreaktor- und das Absorbiererbett verlassen. Dieser Reaktor ist das letzte Stück der Luftreinigungsmittel 20. Ein Mehrkomponenten katalysator wird bevorzugt, bestehend aus Kupfer(II)-oxid und Mangandioxid am Eingangsende des Reaktors und Kup fer(I)-oxid gemischt mit Zinkoxid am Ende des Reaktors. Edelmetallkatalysatoren, wie beispielsweise Platin und Palladium, können auch verwendet werden. Die katalyti schen Materialien werden üblicherweise auf einem Wasch mantel aus Gamma-Aluminiumoxid abgeschieden oder abgela gert und werden davon getragen. Andere Waschmäntel ein schließlich Siliciumoxid und Titanoxid, können auch ver wendet werden, und diese wurden oben in der Beschreibung des Crackreaktors beschrieben. Der Waschmantel seiner seits wird getragen durch einen ähnlichen Monolithen zu dem in dem Crackreaktor verwendeten. Cordierit und rost freier Stahl sind zwei bevorzugte Monolith-Substrat-Ma terialien. Wenn Leichtgewicht erforderlich ist, werden Metallmonolithe verwendet, und in allen anderen Fällen wird Cordierit bevorzugt. Andere Monolith-Materialien können verwendet werden, wie beispielsweise Mullit, Alu miniumoxid, Siliciumoxid, Titanoxid und Zirconoxid.

Wie am besten in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfassen die Mittel 16 zum zumindest teilweisen Filtern uner wünschter Verunreinigungen aus dem Gas 14 eine herkömm liche Filtervorrichtung 30, die in dieser Anwendung ein Zyklonfilter 31 ist, welcher auf herkömmlicher Weise, wie beispielsweise durch Leitungen 32, an einem herkömmlichen Gasturbinenmotor 33 befestigt ist, welcher einen Einlaß luftstrom, auch durch den Pfeil 14 bezeichnet, und einen Auslaßstrom, bezeichnet durch die Pfeile 34, besitzt. Der gewählte Zyklonfilter 31 umfaßt ein allgemein zylindri sches Gehäuse 36 mit einem Auslaßende 37 und einem Ein laßende 38, in dem ein Strudel- oder Vortex-Generator 39 positioniert ist. Ein allgemein konusförmiges Aufnahme rohr 40 ist allgemein innerhalb des Gehäuses 36 zen triert. Das Rohr 40 besitzt eine Einlaßöffnung 41 mit ei ner vorbestimmten Flächenöffnung, und die Einlaßöffnung 41 weist zu dem Vortex-Generator 39. Das Rohr 40 umfaßt ferner eine Auslaßöffnung 42, die nahe dem Auslaßende 37 des Gehäuses 36 positioniert ist. Die Auslaßöffnung 42 besitzt eine größere Flächenöffnung als die Einlaßöffnung 41. Die Auslaßöffnung 42 steht in Strömungsmittelver bindung mit der Einlaßöffnung 41 und steht in Strömungs mittelverbindung mit dem Lufteinlaßstrom 14 des Gastur binenmotors 33. Der Zyklonfilter 31 besitzt die Fähig keit, Partikel, bezeichnet durch Bezugszeichen 43, mit einem Durchmesser von größer als 5 Mikron zu entfernen. Ferner ist ein herkömmliches Spülsystem 46 in den Mitteln 16 umfaßt, zum mindestens teilweisen Filtern einer uner wünschten Verunreinigung aus dem Gas 14. Das System 46 verwendet einen Teil des Abgasstroms 34 des Gasturbi nenmotors 33, und zwar äquivalent zu annähernd 10 % des ursprünglichen Abgasstroms 34. Das System 46 umfaßt einen vergrößerten Teil 47, der nahe dem Auslaßende 37 des Ge häuses 36 gebildet ist, in dem eine Kammer 48 gebildet ist. Ein Ablauf- oder Leckrohr 49 ist in dem vergrößerten Teil 47 positioniert und bildet einen Durchlaß 50 darin, und zwar in Strömungsmittelverbindung zwischen der Kammer 48 und dem Abgasstrom 34 des Gasturbinenmotors 35. Die Verunreinigungen 43 mit einem Durchmesser von mehr als 5 Mikron werden getrennt und in der Kammer 48 abgelagert bzw. abgeschieden. Die Verunreinigungen 43 werden aus der Kammer 48 durch den Durchlaß 50 gespült und in die ver schmutzte oder kontaminierte Atmosphäre verteilt, aus der sie kamen.

Als eine Alternative und am besten in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Filtervorrichtung 30 einen einstufigen Bar rierenfilter 52 mit der Fähigkeit der Selbstreinigung. Der Einzelstufenbarrierenfilter 52 kann als alleinste hende Einheit 53 verwendet werden oder als ein integrales Teil eines mobilen Systems. Die Komponenten und die Funk tion des alleinstehenden und des mobilen Systems sind identisch und werden als eine einzige Einheit beschrie ben. Die alleinstehende Einheit 53 besitzt eine allgemein rechtwinklige kubische Form. Die Einheit umfaßt ein Ein laßende 54 mit einer Vielzahl von Öffnungen 56 darin, von denen nur eine gezeigt ist. Jeder der Vielzahl von Öff nungen 56 besitzt eine Filterpatrone 58, die daran befe stigt ist. Die Einheit 52 umfaßt auch ein Auslaßende 59.

Wie am besten in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist, umfassen die Mittel 12 zum Komprimieren des teilweise gefilterten Gases in dieser Anwendung zumindest einen Teil des her kömmlichen Gasturbinenmotors 33. Der herkömmliche Gas turbinenmotor 33, obwohl nur teilweise gezeigt, umfaßt ein externes Gehäuse 62 und einen Kompressorabschnitt 64, der innerhalb des Gehäuses 62 positioniert ist. Der Kom pressorabschnitt 64 besitzt ein Einlaßende 66, verbunden mit den Mitteln 12 über herkömmliche Leitungen 32. Der Kompressorabschnitt 64 umfaßt ferner einen Kompressor 68 und ein Auslaßende 70. Von dem Auslaßende 70 wird das komprimierte Gas durch herkömmliche Leitungen 72, nur teilweise gezeigt, zu einem Steuerventil 74 geleitet, wo bei das komprimierte Gas 14 geteilt und auf den Motor 33 und die Mittel 18 verteilt wird zum Erhöhen der Tem peratur des teilweise gefilterten Gases 14 in einem vor bestimmten Verhältnis. In dieser Anwendung ist das Ver hältnis des Gases, das an die Mittel 18 zum Erhöhen der Temperatur und an den Motor verteilt wird, ungefähr 1 : 5. Der Motor 33 umfaßt ferner einen Verbrennerabschnitt 76 mit einem Einlaßteil 78 verbunden mit der herkömmlichen Leitung 72, durch die das Gas 14, das durch das Ventil 74 geleitet wird, in den Verbrennerabschnitt 76 eintritt. Ein verbrennbarer Brennstoff, nicht gezeigt, wird an den Verbrennerabschnitt 76 geliefert und mit dem Gas 14 ver mischt, das durch das Ventil 74 zu dem Motor 33 geleitet wird, und zwar von dem Auslaßende 70 des Kompressorab schnitts 64. Innerhalb des Verbrennerabschnitts 76 werden der Brennstoff und das Gas 14 gemischt und verbrannt, und ergeben das Ausstoß- oder Abgas 34. Das sich ausdehnende Abgas 34 von dem Verbrennerabschnitt 76 tritt am Auslaß teil 82 auf herkömmliche Weise aus. Das verbrannte Gas 34, das aus dem Auslaßteil 82 des Verbrennerabschnitts 76 austritt, geht durch weitere herkömmliche Leitungen 84, nur teilweise gezeigt, innerhalb des Motors 33 und wird zu einem Leistungsturbinenabschnitt 86 geleitet. Die Tur bine 88 des Leitungsturbinenabschnitts 86 wird durch die verbrannten, sich ausdehnenden Gase 34 gedreht. Die Tur bine 88 ist antriebsmäßig mit dem Kompressorabschnitt 64 verbunden und treibt den Kompressor 68 des Kompressorab schnitts 64 auf herkömmliche Weise an, nicht gezeigt. Nachdem das verbrannte Gas 34 durch die Turbine 88 hin durchgegangen ist, tritt das verbrannte Gas 34 durch ein Auspuff- oder Ausstoßsystem 90 aus. Die Turbine 88 ist auch antriebsmäßig mit einem herkömmlichen elektrischen Generator 92 verbunden zum Liefern elektrischer Energie.

Wie weiter in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Teil des Gases 14 von dem Kompressorabschnitt 64 durch herkömmliche Lei tungen 100, nur teilweise gezeigt, zu den Mitteln ge leitet zum mindestens teilweise Filtern unerwünschter Verunreinigungen aus dem Gas 14, und wird weiter durch herkömmliche Leitungen 100 zu den Mitteln 18 geleitet zum Erhöhen der Temperatur des komprimierten, teilweise ge filterten Gases. In dieser Anwendung und am besten in Fig. 5 gezeigt, umfassen die Mittel 18 zum Erhöhen der Temperatur des teilweise gefilterten Gases, das aus dem Kompressorabschnitt 64 austritt, einen herkömmlichen Pri märoberflächenwärmetauscher oder Rekuperator 102. Der Wärmetauscher 102 umfaßt ein Gehäuse 104, in dem ein Kern 106 positioniert ist. Das Gehäuse 104 umfaßt einen Ein laßteil 108 und einen Auslaßteil 110. Der Kern 106 umfaßt eine Vielzahl von Primäroberflächenplatten 112, die in beabstandeter Seite-an-Seite-Beziehung zueinander gesta pelt sind. Der Außenumfang aufeinanderfolgender Paare der Platten 112 sind in der üblichen Weise miteinander ver bunden, um abwechselnde bzw. alternierende Stromdurchlässe 114 für das Gas 14 und Stromdurchlässe 116 für das Abgas 34 zu bilden. Der Einlaß 108 steht in Strömungsmittel- Verbindung mit dem Gas 14, das von dem Steuerventil 74 her strömt. Ein zweiter Einlaß 120, nur teilweise ge zeigt, steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Strom des Abgases 34, der in den Wärmetauscher 102 eintritt. Herkömmliche Leitungen 122, nur teilweise gezeigt, ver binden das Auspuff- oder Auslaßsystem 90 mit dem Wärme tauscher 102. In dieser Anwendung tritt ein Teil des kom primierten Gases 14, das teilweise von unerwünschten Ver unreinigungen gefiltert wurde, in den Wärmetauscher 102 ein, wird auf eine Temperatur zwischen 800 und 1000°F (426 bis 537°C) erhitzt und tritt aus dem Wärmetauscher 102 aus.

Von dem Wärmetauscher 102 tritt das komprimierte Gas 14, das teilweise gefiltert und erwärmt wurde, in die Mittel 20 zur weiteren Reinigung des Gases ein über herkömmliche Leitungen 150, nur teilweise gezeigt. Wie am besten in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist, umfassen die Mittel 20 zur weiteren Reinigung des Gases ein Hochtemperatursystem mit einem zweistufigen Reaktionsprozeß 151. Der Prozeß 151 umfaßt ein Paar von Reaktorbetten einschließlich eines thermischen Crackreaktors oder Zersetzers (Dekomposer) 152 und einem katalytischen Oxidationsreaktor 154. Der thermische Crackreaktor 152 besteht aus einem zylindri schen Reaktorbett 155 mit Innenwänden 156, die mit einem monolithischem Wabenmuster aus Cordierit überzogen sind und mit x-Alumiumoxid gepackt ist, welches mit Chromoxid dotiert oder gedopt ist. Als Alternative könnte eine Vielzahl von Chromoxid geförderten Aluminiumoxid-Raschig- Ringen 157 zum Packen des zylindrischen Reaktorbetts 155 verwendet werden. Wenn die Raschig-Ringe 157 verwendet werden, sind die Ringe 157 ungefähr 5 mm im Durchmesser. Der Monolith in dieser Anwendung besitzt Zellen mit ent weder quadratischem oder abgerundetem dreieckigem Quer schnitt. Die Anzahl von Zellen pro Quadratzoll Quer schnittsfläche variiert von 400 Zellen pro Zoll bis 1000 Zellen pro Zoll abhängig von der Anwendung. Monolithkonstruktionsmaterialien umfassen Cordierit, Mil lisit, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Liti umaluminiumsilikate und Metall oder Metallegierungen, die einen haftenden Aluminiumoxidüberzug bilden.

Der thermische Crackreaktor 152 besteht aus einem mono lithischen Substrat, konstruiert aus einem der oben auf gelisteten Materialien. Die Innenwände 156 sind mit x- Gamma-Aluminiumoxid überzogen, und zwar gedopt mit Chrom oxid mit einer Konzentration von ungefähr 3 %. Am hinte ren Ende des thermischen Reaktors 152 ist das Gas 14, das Tochterfragmente der Originalschmutzstoffe enthält, da rauf beschränkt, durch einen weiteren Monolithen hin durchzugehen, der stark beschichtet bzw. überzogen ist mit einer Mischung 159 aus kristallinem Calciumcarbonat 70 Gew.%, Magnesiumoxid (10 Gew.% und Zinkoxid 20 Gew.%). Jegliche Wasserstoffsäureansammlung oder andere Säure ansammlung, die in dem Strom von Gas 14 vorhanden ist, wird mit diesen Materialien reagieren und wird somit fi xiert und innerhalb dieses mittleren oder Zwischen monoliths zurückgehalten. Als eine Alternative könnte der thermische Crackreaktor 152 eine Packung gemischten, kri stallinen Calciumcarbonats, Magnesiumoxids und Zinkoxids umfassen. Nach der Reaktion bzw. Behandlung in dem ther mischen Crackreaktor 152 treten das Gas 14 und die teil weise nicht absorbierten Fragmente, die irgendwelche un erwünschten Verunreinigungen umfassen, in den kataly tischen Reaktor 154 ein, welcher im wesentlichen einen Nachbrenner 160 umfaßt, welcher mit einem Oxidations katalysator gepackt ist. Der Oxidationskatalysator ist in dieser Anwendung eine Mischung 161 aus geförderter bzw. homogenisierter Kupferoxide, und zwar sowohl Kupfer(I) als auch Kupfer(II)-oxide. Die Förderung bzw. Homoge nisierung bzw. Aktivierung bzw. Promotion des Kupfer(II) oxids 161 kann durch Mangan, Chrom oder Zink erfolgen. Als ein alternativer Promotor kann ein Kupferoxidgemisch auf den inneren Durchlaßoberflächen eines Monoliths ab gelagert oder angebracht werden. Diese Oberflächen werden mit x-Aluminiumoxid überzogen als einem "Waschmantel" ("wash coat") oder "Bindemantel" ("bond coat") und zwar bevor sie mit den Kupferoxiden überzogen werden. Das ge förderte (durch Promoter behandelte) Kupferoxidgemisch wird am vorderen Teil eines Einlaßabschnitts des Mono lithen abgelagert. Kupfer(I)-oxide werden auf die Ober flächen im hinteren Teil dieses katalytischen Reaktors aufgebracht bzw. überzogen, um eine zusätzliche Schutz maßnahme vorzusehen gegen ein Durchdringen von Wasser stoffcyanid durch beide Reaktoren. Die Kupfer(I)-oxide sind ein sehr spezieller Katalysator für die Oxidation von Wasserstoffcyanid und werden als Perlen in dem kata lytischen Reaktor 154 verwendet und werden auf die Ra schig-Ringe 157 aufgebracht, wenn diese verwendet werden. Wenn die Raschig-Ringe 157 damit überzogen werden, wird eine Konzentration von ungefähr 10 % verwendet. Die Ver bleibdauer, die für das Gas 14 innerhalb der Reaktoren 151 erforderlich ist, basiert auf der Diffusionsrate der spezifischen Verunreinigung in dem Gas 14 in die verfüg bare Katalysatoroberfläche. Diese Rate hängt in erster Linie von dem Molekulargewicht der vorhandenen spezifi schen Verunreinigung ab, und im geringeren Maße von der Temperatur der Reaktoren 151. Typische Dimensionen für einen katalytischen Reaktor 154 mit einem Strom des Gases 14 von 50 scfm (Standard cubic feet per minuts; 1 scfm = 0,02832 m³/Minute), wobei der Reaktor bei 850°F (454°C) und Umgebungsdruck arbeitet, wären 117 mm im Durchmesser und 127 mm in der Länge. Der thermische Crackreaktor 152 wäre länger, typischerweise 229 mm lang, für den gleichen Gesamtdurchmesser. Die Größe des Calciumcarbonat-Reak torabsorptionsabschnitts hängt ab von den Lebensdauer erfordernissen einer bestimmten Aufgabe. Nachdem es wei ter gereinigt wurde, verläßt das Gas 14 den katalytischen Reaktor 154 durch eine herkömmliche Leitung 162.

Die Leitung 162 kann mit einem Einlaßende 170 der Mittel 22 zum "Polieren" ("polishing") bzw. Feinreinigen ver bunden sein. Die Verwendung der Mittel 22 sehen einen wahlweisen Schritt vor, der einen weiteren Schutz gegen jeglichen Säurerrest vorsieht, der durch die zwei Reak toren 151 durchbricht. Die Mittel 22 zum Polieren umfas sen einen herkömmlichen Polierer (polisher) 172. Der Po lierer 172 umfaßt einen Feststoffilter und einen alkali schen Absorbierer. In dem Polierer 172 werden uner wünschte Verunreinigungen entfernt, die im wesentlichen in Form von Säuregasmaterialien vorhanden sind, die aus Schwefel, Chlor oder Fluor erzeugt wurden, die in dem Gas 14 vorhanden sind. Der Polierer 172 umfaßt im wesentli chen Natriumcarbonatmonohydrat, das darin gepackt ist, und besitzt ein Auslaßende 174, aus dem das weitere gereinigte Gas 14 in eine herkömmliche Leitung 176 gelei tet wird. Um das System 10 weiter zu verbessern, können die Poliermittel 22 in Verbindung mit einem Säuregassen sor verwendet werden, um eine Anzeige vorzusehen, daß der Reaktionsmittel-Absorptionsmittel-Abschnitt ordnungsgemäß oder fehlerhaft funktioniert. Der Sensor wäre in der Lei tung zwischen dem Oxidationsreaktor und dem alkalischen Polierer angebracht. Jeglicher Säurerest, der durch den Sensor dringt auf Grund von Versagen oder Sättigung des Reaktionsmittelmaterials, das in den Crack- oder Oxidati onsreaktoren angeordnet ist, wird bewirken, daß ein Alarm ertönt. Dieser Alarm zeigt an, daß das Polierbett nun das Hauptreaktionsmittelabsorptionsmedium ist und daß das Zwischenreaktionsmittelmaterial ersetzt werden muß. Das Zeitintervall, das für das Ersetzen des Zwischenreakti onsmittels verfügbar ist, wird von der Größe des Polier betts abhängen.

Wie am besten in Fig. 6 gezeigt ist, wird ein zweiter Primäroberflächenwärmetauscher oder Rekuperator 190 ähn lich zu dem Primäroberflächewärmetauscher 102 verwendet. Der Wärmetauscher 190 umfaßt ein Gehäuse 194, in dem ein Kern 196 positioniert ist. Das Gehäuse 194 umfaßt einen Einlaß 198 und einen Auslaß 200. Der Kern 196 umfaßt eine Vielzahl von Primäroberflächenplatten 202, die in einer beabstandeten Seite-an-Seite-Beziehung zueinander gesta pelt ist. Der Außenumfang aufeinanderfolgender Paare der Platten 202 ist in der üblichen Weise miteinander verbun den, um abwechselnde bzw. alternierende Dissipations durchlässe 204 für das heiße Gas 14 und Kühlgasaufnahme durchlässe 206 zu bilden. Der Einlaß 198 steht in Strö mungsmittelverbindung mit dem gereinigten Gas 14, das von dem alkalischen Absorbierer 180 durch herkömmliche Lei tungen 182 strömt und durch den zweiten Wärmetauscher 190 und die Dissipationsdurchlässe 204 für das heiße Gas 14 strömt. Ein zweiter Einlaß 220, nur teilweise gezeigt, steht in Strömungsmittelverbindung mit einem Kühlmedium, durch den Pfeil 222 bezeichnet, das in dieser Anwendung Umgebungsluft ist und durch den zweiten Wärmetauscher 190 und die Kühlgasaufnahmedurchlässe 206 hindurchgeht. Als Alternative könnte, abhängig von der geographischen Lage des Systems 10, der zweite Wärmetauscher 190 ein herkömm licher Flüssigkeits-Luft- oder Luft-Luft-Wärmetauscher sein, wobei das Gas 14 durch eine Flüssigkeit, wie bei spielsweise Wasser, von verbrauchter Luft oder verbrauch ter Luft aus einem anderen Prozeß gekühlt werden könnte. Ein Beispiel eines solchen Wärmetauschers wäre ein Rohr- und-Mantel- oder ein Lamellenrohr-Wärmetauscher.

Ein Ventilator oder Gebläse 240 wird verwendet, um das gereinigte Gas 14 durch den Wärmetauscher 190 und in das Abteil zu leiten, in dem das gereinigte Gas verwendet werden soll. In vielen Anwendungen wird ein Luftzyklus- Umweltsteuerungssystem verwendet, um die Luft nach dem Vorkühlen durch den obigen Wärmetauscher zu kühlen. Als eine Alternative kann der Druckabfall des Gases 14 von Hochdruck zu Umgebungsdruck verwendet werden, um den Strom von Gas 14 durch den zweiten Wärmetauscher 190 zu leiten.

In dieser speziellen Anwendung wurde das Gas 14 aus dem Auslaßende 70 des Kompressorabschnitts 64 des Gasturbi nenmotors 33 abgelasen und steht unter hohem Druck, ty pischerweise 8 bis 30 Atmosphären. Bei diesen Drücken, die beträchtlich höher sind als diejenigen, die norma lerweise mit Luftzyklus-Umweltsteuerungs-Einheiten (ECU) assoziiert werden, muß eine modifizierte Expansions- oder Ausdehnungsturbine verwendet werden. Für diese Anwen dungen wird eine Ultraschallgasturbine verwendet. Diese Turbine könnte entweder eine einstufige oder eine mehr stufige Turbine sein, abhängig von dem Druckverhältnis. Bei niedrigen Druckverhältnissen (weniger als 12 Atmo sphären) würde eine einzige Stufe verwendet, wogegen bei höheren Verhältnissen mehrfache Stufen (bis zu drei) ver wendet würden. Die mittleren Stufen könnten supersonisch (Überschall), transsonisch (schallnah) oder subsonisch (Unterschall) sein, je nach Bedarf. Die supersonische Turbine ist direkt mit einem Hochgeschwindigkeits-Wech selstromgenerator verbunden mit einer Festkörper gleichrichtung auf 570 Volt Gleichspannung. Dieser Wech selstromgenerator absorbiert im wesentlichen Leistung von dem sich ausdehnenden Gas 14, das durch die Turbine hin durchgeht und kühlt somit das Gas 14 wesentlich. Die Ver wendung der supersonischen Turbine und eines hohen Be triebsdrucks des Gases 14 gestattet, daß die Größe und das Gewicht des Gesamtsystems 10 wesentlich vermindert werden, verglichen mit herkömmlichen Luftzyklus-Umwelt steuerungseinheiten. Zusätzlich zur Verwendung eines di rekt angetriebenen Hochgeschwindigkeitswechselstrom generators zur Absorption der Leistung eliminiert der Wechselstromgenerator den Bedarf für einen Kompressor und ist wesentlich kleiner. Die erzeugte elektrische Lei stung kann verwendet werden, um andere Komponenten oder Bauteile innerhalb des Fahrzeugs oder der Kabine zu be treiben, wo die Leistung benötigt wird. Im allgemeinen wären die Umweltsteuerungseinheiten nicht ein einziges Paket, sondern ein Satz von Komponenten oder Bauteilen, die verteilt wären und in den Fahrzeuguntersystemen inte griert wären, wo dies geeignet ist. Diese verteilte An ordnung gestattet eine bessere Verwendung der Komponen tenfunktion, beispielsweise die Wärmetauscheranordnung bzw. -plazierung, die Infrarotausstrahlung- oder -sig natur vermindern. Der Kühlungswärmetauscher könnte bei spielsweise Luft verwenden, die vorher zum Kühlen von Elektronik verwendet wurde, um die Temperatur der gerei nigten Luft zu vermindern. Dies würde den Bedarf für ein zusätzliches Gebläse eliminieren.

Industrielle Anwendbarkeit

Das Reinigungssystem 10 für das Gas 14, wie es durch den Anmelder angewendet wird, ist praktisch ein kontinuier licher Prozeß. Das System 10 kann über ausgedehnte Zeit perioden in Betrieb sein unter der Voraussetzung, daß Brennstoff für den Gasturbinenmotor 33 verfügbar ist, welcher verwendet wird zum Liefern des Druckgases 14 und zum Vorsehen der Leistungsquelle. Das System 10 umfaßt ferner die Fähigkeit, zur Versorgung von heißer Luft und heißem Wasser oder Dampf zur späteren Verwendung geeignet zu sein. Heiße Luft würde beispielsweise verwendet werden bei der Dekontamination "aktiver" Schutzkleidung, die eine Aktivkohlenschicht oder -lage verwendet als Abwehr gegen chemische Mittel. Solche Bekleidung kann leicht de kontaminiert werden durch Umwenden oder Schleudern ("tumbling") in einem Hochtemperaturluftstrom. In ähn licher Weise könnte heißes Wasser oder Dampf benötigt werden für die Dekontamination von Ausrüstung und passi ver oder undurchlässiger Schutzkleidung. Vorkehrungen zur Lieferung sowohl von heißem Wasser als auch von erhöhten Heißluftniveaus könnten von dem System 10, wie es hier definiert ist, vorgesehen werden. Die Verfügbarkeit sol cher Lieferungen gestattet Eintreten und Austreten aus dem Schutzraum, der Kabine oder dem eingeschränkten Ge biet als praktischer Vorschlag. Ohne diese Fähigkeit, Heißwasser- und vermehrte Heißluftdekontamination vor zusehen, die in den Schutzraum integriert ist, würde einen Verlust von Schutzausrüstung zur Folge haben, wel cher zu einem Verlust an Mobilität und einem Verlust an Verteidigungsfähigkeit führen würde.

In dieser Anwendung ist das Basispaket, das zu Bezugs zwecken angenommen wurde, ein elektrisches Versorgungs system mit 60 kW und mit 600 000 Btu Kühlkapazität mit einer Strömungsrate von ungefähr 38 Kubikmetern pro Mi nute. Diese Einheit wiegt ungefähr 344 kg und besitzt ein Volumen von ungefähr 6 Kubikmetern. Die Leistungsbasis oder das Ziel ist ver gleichbar mit der Aufrechterhaltung einer Kabinen- oder Schutzraumtemperatur von weniger als 75°F (23,9°C) und einer relativen Feuchtigkeit von weniger als 60 %. Diese letzteren Werte werden als notwendig angesehen für das Überleben von sowohl Personal als auch elektronischer Ausrüstung, wenn die Kabine oder der Schutzraum für lange Zeitperioden benutzt werden soll. Dieses System ist eine alleinstehende Einheit, die keine weitere Energiezufuhr braucht außer Brennstoff.

Eines der Ziele des vorliegenden Reinigungssystems 10 für Gas 14 ist es, das Gas 14 radiologisch durch Filtration zu schützen, das zum öffentlichen Verbrauch verwendet werden soll. Der Gasturbinenmotor 33 wird verwendet, um kontaminiertes oder verseuchtes Gas 14 durch einen Stan dard-Wirbel- oder Vortex-Trenner 31 zu blasen mit der Fä higkeit, Partikel 43 mit Durchmessern größer als 5 Mikron zu entfernen. Die Partikel 43 mit einem Durchmesser von mehr als 5 Mikron werden durch den Vortex-Trenner 31 ent fernt, gesammelt und durch das Spülsystem 46 entfernt. Der Rest des Gases 14 wird durch den Wärmetauscher 102 hin durchgeleitet. Das Gas 14, das in den Motor 33 eintritt, wird durch den Kompressor 68 komprimiert, und Wärme wird dem Gas 14 während des Komprimierprozesses zugefügt. Das Gas 14 tritt am Auslaßende 70 des Kompressorabschnitts 64 in die herkömmliche Leitung 72 aus und wird durch das Steuerventil 74 entweder an den Verbrennerabschnitt 76 des Motors 33 oder an das Partikelentfernungssystem, das den Vortex-Trenner 31 verwendet, und dann zu dem Wärme tauscher 102 geleitet. Der Teil des Gases 14, der zu dem Verbrennerabschnitt 76 des Motors 33 geleitet wird, wird mit Brennstoff gemischt, verbrannt und das sich ausdeh nende Abgas oder ausgestoßene Gas 34 wird verwendet, um den Motor 33 auf herkömmliche Weise zu betreiben. Der Mo tor 33 wird verwendet, um einen Generator 92 anzutreiben und es können Vorkehrungen getroffen werden, daß das Sy stem zusätzliches heißes Gas und heißes Wasser liefert, falls gewünscht. Der Teil des Gases 14, der zu dem Wärme tauscher 102 geleitet wird, geht durch herkömmliche Lei tungen 100 und tritt in den Einlaß 108 des Wärmetauschers 102 ein. Das Gas 14 geht durch Strömungsdurchlässe 114 und absorbiert Wärme von dem Abgas 34, das durch Durch lässe 116 hindurchgeht. Nachdem es auf eine Temperatur oberhalb von ungefähr 800°F (426°C) erhitzt wurde, ver läßt das Gas 14 den Auslaß 110 und tritt in die herkömm liche Leitung 150 ein. In dieser Anwendung wird das Abgas 34 zur Atmosphäre hin freigegeben, nachdem es verwendet wurde zum Erhitzen des Gases 14. Das weiter zu reinigende Gas 14 tritt aus der herkömmlichen Leitung 150 aus und tritt in den Crack- oder thermischen Reaktor 152 ein, wo bei der x-Alumiumoxid-Überzug auf der Vielzahl von Wänden 158 und das kristalline Calciumcarbonat 159 mit dem Gas 14 reagieren, um das Gas 14 weiter zu reinigen. Bei spielsweise wirkt das mit Chromoxid gedopte x-Aluminiumo xid katalytisch, um eine Vielzahl von chemischen Mitteln oder Agentien und viele andere Verschmutzungsarten zu dealkylieren, dehydrieren und dehalogenisieren. Das Cal ciumcarbonat 159 absorbiert und reagiert mit jeglichen erzeugten Halogensäuregasen, Magnesiumoxid- und Zinkoxid gemischen. Diese Prozesse kombiniert mit teilweiser Oxi dation zerlegen die meisten Mittel oder Agentien in ge mischte Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekularge wicht. Von dem thermischen Reaktor 152 tritt das Gas 14 in den katalytischen Oxidationsreaktor 154 ein. In dem katalytischen Oxidationsreaktor 154 werden diejenigen stabilen Materialien, wie beispielsweise Phosgen und die teilweise zersetzten Mittel (Agentien) eliminiert. Der katalytische Oxidationsreaktor 154 kann so angesehen wer den, daß er den Nachbrenner 160 umfaßt, verwendet einen gemischten, auf Kupferoxid basierenden Oxidationskataly satsor, um alle restlichen erzeugten Kohlenwasserstoff fragmente und Kohlenmonoxid zu oxidieren. Diese Art von Katalysator ist besonders beständig gegen Vergiftung. Zusätzlich zu der katalytischen Oxidationstätigkeit des Kupfer(II)-oxidmaterials bezüglich Kohlenwasserstoffen, wirkt es auch als ein wirksamer Zersetzer und Oxidierer von Phosgen (Chlorkohlenoxid). Das Entfernen von Wasser stoffcyanid (Cyanwasserstoffblausäure) wird teilweise gewährleistet durch das Kupfer(I)-oxid-Material, das Teil des katalytischen Reaktors ist. Dieses Material reagiert bei 800 bis 1000°F (426 bis 537 °C) mit dem Wasser stoffcyanid, unter Erzeugung von Wasser und Stickstoff zusammen mit der Produktion von Kupfer(II)-oxid. Das Kupfer(II)-oxid wirkt als ein Oxidationskatalysator bei diesen Temperaturen, und zwar insbesondere für chlorierte Materialien.

Nachdem es in dem katalytischen Reaktor 154 behandelt wurde, tritt das Gas 14 aus dem katalytischen Reaktor 154 über herkömmliche Leitungen 162 aus und tritt in das Ein laßende 170 eines wahlweisen Polieres (polisher) 172 ein. In dem Polierschritt werden jegliche Säuregasmaterialien entfernt, die aus Schwefel, Chlor oder Fluor erzeugt wur den, die in dem chemischen Mitteln vorhanden sind, das den Reaktor 151 durchdringt. In dem Gas 14 ist ausrei chend Wasserdampf vorhanden, um die Bildung von Chlorwas serstoffsäure (Salzsäure) zu gewährleisten anstatt von freiem Chlor(-gas). Das Calciumcarbonatbett sieht ein sehr wirksames Absorptions-/Reaktionssystem bei 800 bis 1000°F (426 bis 537°C) vor. Das Bett 172 wirkt auch als ein Filter für feste Produkte der Mittel- oder Agentien zersetzung, die in dem Strom von Gas 14 zurückgeblieben sind.

Von dem Reaktorauslaßende 174 wird das Gas durch her kömmliche Leitungen 176 zu dem herkömmlichen alkalischen Absorbierer 180 geleitet, um den Endschritt der Reinigung des Gases 14 zu vervollständigen. Die Temperatur des ge reinigten Gases 14 ist jedoch ziemlich hoch, ungefähr 800°F (426°C), und muß gesenkt werden, um einen öffent lichen Gebrauch zu gewährleisten. Das Senken der Tempe ratur des Gases 14 wird erreicht in dem zweiten Primär oberflächenwärmetauscher 190. Das Gas 14 wird von dem Ab sorber 180 in den Einlaß 198 des Wärmetauschers 190 durch herkömmliche Leitungen 182 geleitet. Das Gas 14 wird durch die Dissipationsdurchlässe 204 für das heiße Gas 14 geleitet, wobei Wärme von dem heißen Gas 14 auf das Kühl gas 222 innerhalb der Kühlgasaufnahmedurchlässe 206 über tragen wird. Die Expansionsturbine 240 extrahiert das gereinigte und gekühlte Gas 14 aus dem Wärmetauscher 190 und leitet das Gas 14 in das Abteil, in die Kabine oder das Gebiet, in dem das saubere Gas für den beabsichtigten Zweck verwendet werden soll. Die atmosphärische Luft 222 wird durch das Gebläse oder den Ventilator 242 durch den zweiten Einlaß 220 und die Aufnahmedurchlässe 206 des Wärmetauschers 190 für das Kühlgas 222 gezogen. Nachdem es zum Kühlen des Gases 14 verwendet wurde, wird die Luft 222 zur Atmosphäre zurückgeführt.

Der primäre Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber bestehenden Luftreinigungssystemen besteht in der völligen Kombination des gesamten Systems. Beispielsweise erhöht die Verwendung des Zyklonfilters 31 zur Entfernung von Partikeln 43 mit einem Durchmesser von mehr als 5 Mikron aus dem Gas 14 und die Verwendung des Spülsystems 46 in großem Maße die Effizienz des Systems und vermindert die Komplexizität des Systems. Das Erwärmen des Gases 14 durch den Wärmetauscher 102 auf ein hohes Temperatur niveau, zwischen ungefähr 800 und 1000°F (426 und 537°C) erhöht im großen Maße die Effizienz und Wirksamkeit des Zweistufenreaktorprozesses, des thermischen Crack reaktors 152 und des katalytischen Reaktors 154. Bei spielsweise eliminiert die hohe Temperatur und das als Katalysator verwendete Kupferoxid den Bedarf eines Ab sorbiererbettes zwischen dem thermischen Reaktor 152 und dem katalytischen Reaktor 154. Somit ist das oben ge zeigte System 10 weniger anfällig auf Vergiften. Um die Effizienz des Systems 10 weiter zu gewährleisten, wird der Feststoffilter 172 und der alkalische Absorbierer 180 verwendet. Nach dem Reinigungsprozeß wird das Hochtempe raturgas 14 durch die Ausdehnung innerhalb der Überschall turbine auf ein Niveau vermindert, das für öffentlichen Gebrauch verwendbar ist und das gekühlte gereinigte Gas 14 wird in die Kabine oder den Schutzraum geleitet.

Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile werden beim Lesen der Beschreibung, der Zeichnungen und der beigefügten An sprüche deutlich.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor: Gas reinigungssysteme verwenden gegenwärtig einen Luftablaß von einem Motor und entfernen ferner Kohlendioxid daraus. Das vorliegende Gasreinigungs- und thermische Aufberei tungssystem verwendet auch ablaufendes Gas von dem Motor; jedoch wird das Gas weiter teilweise gefiltert, um Fest stoffe zu entfernen. Das Gas wird erhitzt auf ein vorbe stimmtes Niveau mit einer Temperatur von ungefähr 800 bis 1000°F (426 bis 537 °C) unter Verwendung eines ersten Wärmetauschers oder Rekuperators. Das System reinigt das Gas weiter unter Verwendung eines Reaktorsystems ein schließlich eines thermischen Reaktors und eines kataly tischen Reaktors. Das System reinigt das Gas weiter unter Verwendung eines Polierers und eines Absorbierers. Nach dem das Gas gereinigt wurde, wird das Gas thermisch auf bereitet durch eine Überschallturbine, so daß die Gastem peratur für den beabsichtigten Zweck verwendbar ist.

Claims

1. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungs- oder Konditioniersystem zum Entfernen einer unerwünschten Verunreinigung, die allgemein nicht akzeptabel oder annehmbar ist für öffentlichen Gebrauch, und zur Temperatursteuerung des gereinigten Gases zur wei teren Verwendung in einem eingeschränkten Gebiet, wobei das Gasreinigungs- und thermische Aufberei tungssystem folgendes aufweist:
einen Gasturbinenmotor, der folgendes besitzt: einen Kompressorabschnitt, in dem ein Gas komprimiert wird, einen Verbrennerabschnitt, der mit dem Kom pressorabschnitt verbunden ist, wobei in dem Ver brennerabschnitt ein Brennstoff mit einem Teil des komprimierten Gases gemischt wird und darin ver brannt wird und ein heißes Abgas aus dem Verbren nerabschnitt des Gasturbinenmotors austritt,
eine Filter/Trennvorrichtung für Gas in kondensier ter Phase, durch die das zu komprimierende Gas hin durchgeht und zumindest teilweise gereinigt wird, wobei die Gasfiltervorrichtung in Strömungsmittel verbindung mit dem Kompressorabschnitt steht;
einen ersten Wärmetauscher, der in Strömungsmit telverbindung mit einem Teil des komprimierten, teilweise gereinigten Gases steht, das aus dem Kom pressorabschnitt austritt, wobei der erste Wärmetau scher ferner in Strömungsmittelverbindung mit dem heißen Abgas steht, das aus dem Verbrennerabschnitt austritt, und die Temperatur des komprimierten, teilweise gereinigten Gases erhöht;
Mittel zum weiteren Reinigen des komprimierten Gases, wobei die Mittel in Strömungsmittelverbindung mit dem komprimierten, teilweise gefilterten Gas stehen, das aus dem ersten Wärmetauscher austritt, ein schließlich eines Reaktorsystems, das durch Reaktion unerwünschte Zerfall- oder Zersetzungsprodukte ab sorbiert;
Mittel zum Polieren bzw. Endreinigen, und zwar in Strömungsmittelverbindung mit dem komprimierten, teilweise gereinigten Gas, das aus dem ersten Wär metauscher austritt, wobei die Mittel zum Polieren einen Feststoffilter und einen alkalischen Absorber darin aufweisend und ein Gas bilden, das davon aus tritt und ein gereinigtes Gas ist; und
einen zweiten Wärmetauscher in Strömungsmittelver bindung mit dem gereinigten Gas, das aus den Mitteln zum weiteren Reinigen und den Mitteln zum Polieren austritt.

2. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssytem gemäß Anspruch 1, wobei die Gasfiltervorrichtung die Fähigkeit besitzt, Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 5 Mikron aus dem dahindurchgehenden Gas herauszufiltern.

3. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Filtervorrichtung einen Zyklonfilter und ein Spülsystem umfaßt.

4. Gaseinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem ge mäß Anspruch 1, wobei die Filtervorrichtung einen einstufigen Barrierenfilter umfaßt.

5. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungsystem gemäß Anspruch 4, wobei der einstufige Barrieren filter eine alleinstehende Einheit umfaßt mit der Fähigkeit der Selbstreinigung.

6. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der erste Wärmetauscher ein Primäroberflächenwärmetauscher ist.

7. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher die Tem peratur des teilweise gereinigten Gases erhöht, und zwar auf einen Bereich zwischen 800 und 1000°F (426 und 537°C).

8. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der erste Wärmetauscher die Temperatur des teilweise gereinigten Gases auf un gefähr 1000°F (537°C) erhöht.

9. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei das Reaktorsystem ein Paar von Reaktorbetten umfaßt.

10. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 9, wobei das Paar von Reaktorbetten einen thermischen Reaktor umfaßt einschließlich ei nes Mischabschnitts mit einer Vielzahl von internen Wänden, die mit Aluminiumoxid überzogen sind.

11. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 10, wobei der Mischabschnitt ferner eine Vielzahl von Aluminiumoxid-Raschig-Ringen darin umfaßt.

12. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 9, wobei das Paar von Reaktorbetten einen katalytischen Reaktor umfaßt einschließlich eines Nachbrenners, wobei der Nachbrenner mit einem Oxidationskatalysator gepackt ist.

13. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 12, wobei der Oxidationskatalysator ein Kupferoxid ist.

14. Gasreinigungs- und thermisches Konditionierungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel zum Polieren einen Polierer umfassen, der mit einem Bett von Cal ciumcarbonat gepackt ist.

15. Gasreinigungs- und thermisches Aufbereitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Wärmetauscher ein Primäroberflächenwärmetauscher ist.