HK1020023B

HK1020023B - A method and a reactor for electrochemical conversion of a material e.g. soot particles being insoluble in a fluid

Info

Publication number: HK1020023B
Application number: HK99105215.0A
Authority: HK
Inventors: Christensen Henrik
Original assignee: Dinex A/S
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 2001-12-07

Claims

Verfahren zur elektrochemischen Umwandlung von einem in einem Fluid unlöslichen Material (21) in ein in dem Fluid lösliches Material, wobei das Verfahren umfaßt,
a) daß ein Strom des Fluids zu einer Reaktionszone geleitet wird, die einen inneren Kreislauf umfaßt, der:
i) eine oder mehrere Arbeitselektroden (12), die zur Übertragung von Elektronen zu und/oder von einem oder mehreren elektrochemischen Prozessen in der Lage sind, die das unlösliche Material in das Material umwandeln, das in dem Fluid löslich ist,

ii) eine oder mehrere Gegenelektroden (13), die in der Lage sind, Elektronen zu und/oder von einem oder mehreren elektrochemischen Prozessen an den Elektroden zu übertragen, die die elektrochemischen Prozesse an der Arbeitselektrode ausgleichen, und

iii) einen oder mehrere Ionen-selektive Elektrolyten (11) enthält, die selektiv einen oder mehrere Typen von Ionen zwischen den elektrochemischen Prozessen an der Arbeitselektrode und an der Gegenelektrode leiten,
wobei in der Reaktionszone das unlösliche Material in eine oder mehrere offene und durchgehende Hohlräume der Elektroden und Elektrolyten eingebracht wird und in eine elektrochemische Reaktionsentfernung von der Arbeitselektrode gebracht wird, so daß die elektrochemischen Prozesse stattfinden können, und der innere Kreislauf über die Arbeitselektrode und die Gegenelektrode mit einer externen Stromquelle (30) verbunden ist,

b) daß der interne Kreislauf über die externe Stromquelle mit einer elektrischen Spannungsdifferenz versorgt wird, die ausreichend ist, daß die elektrochemischen Prozesse das Material, das in dem Fluid unlöslich ist, in das Material umwandeln, das in dem Fluid löslich ist, und

c) daß das in dem Fluid lösliche Material von der Reaktionszone mit dem fließenden Fluid (40) weggeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone einen oder mehrere offene Hohlräume umfaßt, die eine oder mehrere geschlossene Begrenzungen (11, 12, 13) und eine oder mehrere Öffnungen (14, 15) enthalten, wobei die Öffnungen mit der Flüssigkeit kommunizieren.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Begrenzungen der Hohlräume aus einem oder mehreren Elektrodenmaterialien (12, 13), einem oder mehreren Ionen-selektiven Elektrolytmaterialien (11) oder Mischungen derselben bestehen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Begrenzungen der Hohlräume aus einem gemischten Ionen-selektiven Elektrolytmaterial und Elektrodenmaterial bestehen.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume eine Größe von 10 - 100 µm haben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemischen Prozesse ausgewählt sind aus Elektrodenprozessen, die oxidierend, reduzierend oder eine Kombination derselben sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung des inneren Kreislaufs über die Arbeitselektrode und die Gegenelektrode mit der externen Stromquelle einen Strom von Elektronen in einer Richtung liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung des inneren Kreislaufs über die Arbeitselektrode und die Gegenelektrode mit der externen Stromquelle einen Strom von Elektronen in wechselnden Richtungen liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Sauerstoff umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasser umfaßt.
verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, das in dem Fluid unlöslich ist, und das Fluid aus einem oder mehreren Zweiphasensystemen besteht, in denen eine Phase das Fluid in Form von Gas oder Flüssigkeit bildet und in denen die zweite Phase aus Material in Form von Feststoff oder in dem Fluid nicht löslicher Flüssigkeit gebildet wird.
verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweiphasensysteme ausgewählt sind aus Flüssigkeit in Gas, wie Aerosole und Nebel von öl in Luft, Feststoff in Gas, wie Rauch, der aus Kohlenstoff enthaltendem Staubmaterial in Luft besteht, oder Mischungen derselben, Feststoff in Flüssigkeit, wie Suspensionen von Kohlenstoff enthaltendem Material in Wasser, und Flüssigkeit in Flüssigkeit, wie Emulsionen von öl in Wasser, oder Mischungen derselben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Fluid unlösliche Material aus Ruß besteht und das Fluid aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Fluid unlösliche Material aus Öl besteht, und daß das Fluid aus Abwasser besteht.
Elektrochemischer Reaktor zur Umwandlung von einem in einem Fluid unlöslichen Material (21) in ein in dem Fluid lösliches Material, wobei der Reaktor aufweist: eine Reaktionskammer (50) mit einem Einlaß (20) zum Einbringen von einem Fluid und einem Auslaß (40) zum Ablassen des eingebrachten Fluids, wobei in der Reaktionskammer ein Reaktionsabschnitt angeordnet ist, der einen inneren Kreislauf umfaßt, mit:
a) einer oder mehreren Arbeitselektroden (12), die zur Übertragung von Elektronen zu und/oder von einem oder mehreren elektrochemischen Prozessen in der Lage sind, die das unlösliche Material in das Material umwandeln, das in dem Fluid löslich ist,

b) einer oder mehrerer Gegenelektroden (13), die in der Lage sind, Elektronen zu und/oder von einem oder mehreren elektrochemischen Prozessen an den Elektroden zu übertragen, die die elektrochemischen Prozesse an der Arbeitselektrode ausgleichen, und

c) einem oder mehreren Ionen-selektiven Elektrolyten (11), die selektiv einen oder mehrere Typen von Ionen zwischen den elektrochemischen Prozessen an der Arbeitselektrode und an der Gegenelektrode leiten,
wobei in dem Reaktionsabschnitt das unlösliche Material in eine oder mehrere offene und durchgehende Hohlräume der Elektroden und Elektrolyten eingebracht wird und in eine elektrochemische Reaktionsentfernung von der Arbeitselektrode gebracht wird, so daß die elektrochemischen Prozesse stattfinden können, und wobei der innere Kreislauf über die Arbeitselektrode und die Gegenelektrode mit einer externen Stromquelle (30) verbunden ist.
Reaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsabschnitt einen oder mehrere offene Hohlräume umfaßt, die eine oder mehrere geschlossene Begrenzungen (11,12, 13) und eine oder mehrere Öffnungen (14, 15) enthalten, wobei die Öffnungen mit dem Fluid kommunizieren.
Reaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Begrenzungen des Hohlraums aus einem oder mehreren Elektrodenmaterialien (12, 13), einem oder mehreren Ionen-selektiven Elektrolytmaterialien (11) oder Mischungen derselben bestehen.
Reaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Begrenzungen des Hohlraums aus einem gemischten Ionen-selektiven Elektrolytmaterial und Elektrodenmaterial bestehen.
Reaktor nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume eine Größe von 10 - 100 µm haben.
Reaktor nach den Ansprüchen 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Gleichstromquelle ist.
Reaktor nach den Ansprüchen 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Wechselstromquelle ist.
Ionen-selektiver Elektrolyt zur Verwendung bei der Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 - 14 oder in dem elektrochemischen Reaktor gemäß den Ansprüchen 15 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Festkörperionenleiter umfaßt, der eine oder mehrere offene und durchgehende Hohlräume aufweist.
Elektrolyt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperionenleiter sauerstoffionenleitend ist.
Elektrolyt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperionenleiter aus Cerdioxid (CeO₂) dotiert mit Gadoliniumoxid (Gd₂O₃), Zirkoniumdioxid (ZrO₂) dotiert mit Yttriumoxid (Y₂O₃), oder Kombinationen derselben besteht.
Elektrolyt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperionenleiter wasserstoffionenleitend ist.
Elektrolyt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperionenleiter aus ß"-Aluminiumoxid besteht.
Elektrolyt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperionenleiter aus sulfoniertem Perfluorpolymer besteht.
Elektrolyt nach den Ansprüchen 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperionenleiter offene Hohlräume mit einer Größe von 10 - 100 µm aufweist.
Elektrode zur Verwendung als Arbeitselektrode oder Gegenelektrode bei der Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 - 14, oder in dem elektrochemischen Reaktor gemäß den Ansprüchen 15 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie elektrisch leitendes Material ausgewählt aus Metallen oder keramischen Materialien enthält, die eine oder mehrere offene und durchgehende Hohlräume aufweisen.
Elektrode nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie Hohlräume mit einer Größe von 10 - 100 µm aufweist:
Elektrode nach den Ansprüchen 29 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material Lanthanmanganat dotiert mit Strontium ist.
Gemischtes Ionen-selektives Elektrolyt- und Elektrodenmaterial zur Verwendung als innerer Kreislauf bei der Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 - 14 oder in dem elektrochemischen Reaktor gemäß den Ansprüchen 15 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß es durch ein Verfahren hergestellt worden ist, bei dem Ionen-selektives Elektrolytmaterial mit einer Korngröße von 10 - 100 µm mit Elektrodenmaterial mit einer Korngröße von 1 - 10 µm und in Anteilen gemischt wird, die es erlauben, daß die Elektrodenmaterialkörner im wesentlichen auf der Oberfläche der Körner aus Ionen-selektivem Elektrolytmaterial positioniert werden, ohne einander zu berühren, so daß eine elektrische Leitfähigkeit des gemischten Materials erhalten wird, die von der gleichen Größenordnung ist wie die Leitfähigkeit des Ionen-selektiven Elektrolytmaterials.
Material nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß es weniger als 20 volumen%, vorzugsweise 3 bis 15 Volumen% Elektrodenmaterial enthält.
Material nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß das gemischte Material offene Hohlräume mit einer Größe von 10 - 100 µm aufweist.
Material nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß es in Richtung von einer seiner Ausdehnungen eine abnehmende Porengröße von 100 - 10 µm aufweist.
Verwendung eines elektrochemischen Reaktors gemäß den Ansprüchen 15 - 21, eines Ionen-selektiven Elektrolyten gemäß den Ansprüchen 22 - 28, einer Elektrode gemäß den Ansprüchen 29 - 31 und eines gemischten Ionen-selektiven Elektrolytmaterials und Elektrodenmaterials gemäß den Ansprüchen 32 - 35 zur Entfernung von Rußteilchen aus Abgasen.
Verwendung eines elektrochemischen Reaktors gemäß den Ansprüchen 15 - 21, eines Ionen-selektiven Elektrolyten gemäß den Ansprüchen 22 - 28, einer Elektrode gemäß den Ansprüchen 29 - 31 und eines gemischten Ionen-selektiven Elektrolytmaterials und Elektrodenmaterials gemäß den Ansprüchen 32 - 35 zur Entfernung von Öl aus Abwasser.