DD258367A1

DD258367A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von schwefel- und stickstoffhaltigen rauchgasen

Info

Publication number: DD258367A1
Application number: DD85284543A
Authority: DD
Inventors: Walter Dietrich
Original assignee: Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg
Priority date: 1985-01-16
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1988-07-20
Also published as: US4943356A; FR2575938B1; GB2170490B; GB8525446D0; FR2575938A1; GB2170490A; JPS61164627A; DE3501158A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von schwefel- und stickstoffhaltigen Rauchgasen durch Zufuhr von gasfoermigen Reaktionsmitteln wie Ammoniakgas. Das Reaktionsgemisch wird in einer von den Reaktanden durchstroemten Reaktionskammer (21) bei Druecken zwischen 1 und 5 bar unter Einwirkung von Elektronenstrahlen umgesetzt, die aus dem in der Strahlquelle (1) benoetigten Vakuum durch mindestens eine, den Strahlweg umgebende Druckstufenstrecke (17, 18, 19) in die Reaktionskammer eingeschossen werden. Fig. 1

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von schwefel- und stickstoffhaltigen Rauchgasen durch Zufuhr von gasförmigen Reaktionsmitteln, vorzugsweise von Ammoniakgas, und durch Umsetzen der Rauchgase mit den Reaktionsmitteln in einer von den Reaktanden durchströmten Reaktionskammer bei Drücken zwischen 1 und 5bar unter Einwirkung von Elektronenstrahlen.

Ein derartiges Verfahren ist vornehmlich zum Einsatz bei sogenannten Großkesselanlagen vorgesehen, um im Zuge der Umweltschutz-Bestimmungen die Emission von gefährlichen Sauerstoffverbindungen des Schwefels (SO_x) und des Stickstoffs (NO_x) auf ein Minimum herabzusetzen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Durch die Firmendruckschrift der Firma Ebara/Japan „Electron Beam Flue Gas Cleanup Process" ist bereits ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei dem dem Rauchgas eine etwa stöchiometrische Menge an Ammoniakgas (NH₃) zugesetzt wird, bevor das Reaktionsgemisch der Einwirkung von Elektronenstrahlen ausgesetzt wird. Dadurch werden die schädlichen Bestandteile des Rauchgaseszu Ammoniumsulfat bzw. Ammoniumnitrat umgesetzt, die sich beide zur Verwendung als Düngemittel in der Landwirtschaft eignen.

Das Problem liegt dabei darin, die Elektronenstrahlen, deren Quelle — in der Regel eine auf hohe Temperatur aufgeheizte, elektronenemittierende Katode — nur unter Hochvakuum betrieben werden kann, in die Reaktionskammer einzubringen, deren Inhalt unter atmosphärischem oder überatmosphärischem Druck entsteht. Elektronenstrahlen haben die Eigenschaft, sich in einer gashaltigen Atmosphäre durch Kollisionen mit den Gasmolekülen aufzuspreizen, so daß ihre Reichweite nach dem Austritt aus dem Vakuum bereits bei atmosphärischem Druck stark begrenzt ist. Dies ist ein Grund dafür, daß ein großer Teil von Elektronenstrahl-Behandlungsverfahren unter Hochvakuum durchgeführt wird. Ein weiteres Problem besteht darin, eine möglichst homogene Wechselwirkung zwischen dem Reaktionsgemisch einerseits und den Elektronenstrahlen andererseits herbeizuführen.

Bei dem bekannten Verfahren werden die Elektronenstrahlen mit einer Beschleunigungsspannung von 30OkV erzeugt und durch ein aus einer dünnen Metallfolie (Ti-Pd) bestehendes „Fenster" in die Reaktionskammer eingeschossen. Die Fenster-Folie stellt hierbei eine Trennwand zwischen der unter Hochvakuum stehenden Elektronenstrahlquelle einerseits und der Atmosphäre in der Reaktioriskammer andererseits dar, ist aber bei genügend dünner Ausbildung für Elektronenstrahlen mindestens teilweise durchlässig. Damit hierbei die Fenster-Folie durch die hohe Energiedichte der Elektronenstrahlen nicht zerstört wird, werden diese durch ein spezielles, zur Elektronenstrahlquelle gehörendes Ablenksystem, periodisch über die Fensterfläche abgelenkt. Ein solches Verfahren und die hierfür benötigte Vorrichtung weisen zahlreiche Nachteile auf: Die für den Durchtritt durch das Folien-Fenster benötigte hohe Beschleunigungsspannung von 30OkV macht wegen der erforderlichen Isolationsabstände aufwendig konstruierte Elektronenstrahlkanonen erforderlich. Gleichzeitig ist eine derart hohe Beschleunigungsspannung von einer an der Auftreffstelle entstehenden starken Röntgenstrahlung begleitet, so daß umfangreiche Strahlungsabschirmungen erforderlich sind. Die Folien-Fenster haben hohe Leistungsverluste von etwa 25% zur Folge, was bei der erforderlichen hohen elektrischen Leistung nicht nur zu entsprechend hohen Energieverlusten führt, sondern auch zu einer außerordentlich hohen thermischen Belastung der Fenster. Hierdurch sowie durch die Wechselwirkung der Folienfenster mit dem Inhalt der Reaktionskammer ist ein häufiges Auswechseln der Fenster erforderlich, so daß mit einem relativ hohen Anteil an Stillstandszeiten der gesamten Reinigungsanlage zu rechnen ist. Dies führt bei kontinuierlichem Betrieb der Großkesselanlage dazu, daß stets mehrere Reinigungsanlagen in Parallelschaltung vorhanden sein müssen.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, das bei einer einfacheren Verfahrensführung zu einer höheren Betriebssicherheit bei einer geringeren Strahlenbelastung (Röntgenstrahlen) und zu einem höheren Wirkungsgrad führt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß man die Elektronenstrahlen aus dem in der Strahlquelle benötigten Vakuum durch mindestens eine, den Strahlweg umgebende Druckstufenstrecke in die Reaktionskammer einschießt.

Elektronenstrahlqueilen mit einer Druckstufenstrecke sind an sich bekannt (ein Ausführungsbeispiel wird in Figur 1 weiter unten noch näher beschrieben), sie wurden bisher jedoch nicht für die Rauchgasreinigung, sondern nur für die Ausschleusung eines fokussierten Elektronenstrahls an Atmosphäre verwendet, um beispielsweise Elektronenstrahlschweißungen an großen Werkstücken durchführen zu können.

Die erfindungsgemäße Verfahrensführung ermöglicht zunächst einen einfacheren Aufbau der Vorrichtung unter Verwendung von Elektronenstrahlqueilen mit niedrigeren Beschleunigungsspannungen, die zwischen etwa 100 und 20OkV liegen und damit eine merklich niedrigere Röntgenstrahlung verursachen. Dies hat einen verringerten Aufwand bei der erforderlichen Röntgenabschirmung zur Folge. Gleichzeitig können einfacher aufgebaute Elektronenstrahlkanonen verwendet werden, da die erforderlichen Isolationsabstände wesentlich geringer gehalten werden können.

Eine Druckstufenstrecke, die lediglich aus einer Aneinanderreihung von Lochblenden besteht, durch die der Elektronenstrahl ungehindert durch Materie hindurchtreten kann, hat praktisch keine Leistungsverluste zur Folge, so daß nahezu 100% der Elektronenstrahlleistung in der Reaktionskammer für die Herbeiführung der chemischen Umsetzung zur Verfügung stehen.

Damit entfällt auch die Abführung der bei Folien-Fenstern entstehenden Verlustwärme. Druckstufenstrecken sind keine Verschleißteile, und ihre Reinigung ist allenfalls in wesentlich größeren Zeitabständen erforderlich, so daß die Stillstandszeiten der Reinigungsanlage wesentlich verringert werden.

Es ist sogar möglich, auf Stillstandszeiten vollständig zu verzichten, dann nämlich, wenn eine größere Anzahlvon Elektronenstrahquellen vorgesehen wird: Die Eintrittsöffnung in die Reaktionskammer für einen fokussierten Elektronenstrahl ist nur sehr klein; sie hat allenfalls einen Durchmesser von wenigen Millimetern (im Gegensatz zur Fläche eines Folien-Fensters, die mehrere Quadratdezimeter beträgt). Es ist also leicht möglich, die Eintrittsöffnung in die Reaktionskammer durch eine Verschlußeinrichtung zu verschließen, so daß die Elektronenstrahlquelle gewartet werden kann, während ihre Funktion durch eine andere Elektronenstrahlquelle ersetzt wird.

Durch die Einschleusung eines zumindest an der Eintrittsstelle in die Reaktionskammer nocht eindeutig fokussierten Elektronenstrahls läßt sich dieser durch nachstehend noch näher erläuterte Ablenkeinrichtungen im Innern der Reaktionskammer auf bestimmte Bahnen ablenken, so daß eine gezielt steuerbare Wechselwirkung des Elektronenstrahls bzw. der Elektronenstrahlen mit dem Reaktionsgemisch möglich ist.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn man die Reaktion in einer Reaktionskammer mit Kreisquerschnitt durchführt und Elektronenstrahlen mehrerer Strahlquellen im wesentlichen parallel zu je einer Tangente an den Kreisquerschnitt, aber außerhalb der Mitte des Kreisquerschnitts einschießt. Auf diese Weise reihen sich gewissermaßen in Umfangsrichtung des Kreisquerschnitts mehrere diffuse Elektronenstrahlbündel aneinander, deren Bahnverlauf gezielt so beeinflußt werden kann, daß praktisch der gesamte Querschnitt der Reaktionskammer von Elektronenstrahlen durchlaufen wird. Dies sieht im Idealfall so aus, daß die Elektronenstrahlen auf im wesentlichen azimutalen Bahnen durch den Kreisquerschnitt geführt werden.

Die Wechselwirkung zwischen dem Reaktionsgemisch und den Elektronenstrahlen kann noch dadurch vorteilhaft weiter verbessert werden, daß man dem Rauchgas eine Drallströmung aufzwingt, sei es durch stationäre Leiteinrichtungen, sei es durch eine antreibbare Verwirbelungseinrichtung wie einen sogenannten Impeller.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit einer Reaktionskammer und mehreren Elektronenstrahlqueilen.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist diese Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Reaktionskammer einen Kreisquerschnitt aufweist und

b) die Elektronenstrahlqueilen je eine den Strahlweg umgebende Druckstufenstrecke aufweisen, durch die der Elektronenstrahl unbehindert durch feste Materie in die Reaktionskammer einschießbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist gemäß eine Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlqueilen in äquidistanter Verteilung in mindestens einer Ebene E-E um die Reaktionskammer herum angeordnet sind, und daß der Strahlweg im Bereich des Austritts des Elektronenstrahls aus der Druckstufenstrecke im wesentlichen parallel zu einer Tangente an den Kreisquerschnitt, aber außerhalb dessen Mitte verläuft.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in der mindestens einen Ebene E-E an der Innenfläche der Reaktionskammer eine Ablenkeinrichtung für die Elektronenstrahlen angeordnet ist, durch die die Elektronenstrahlen auf kreis- oder spiralförmigen Bahnen um den Mittelpunkt M des Kreisquerschnitts der Reaktionskammer führbar sind.

Die Ablenkeinrichtung ist dabei in besonders vorteilhafterweise so gestaltet, daß sie aus einem rotationssymmetrischen Magnetsystem besteht, durch das Magnetfeldlinien erzeugbar sind, die mindestens eine Ebene E-E, in der die Bahnen der Elektronenstrahlen verlaufen, im wesentlichen senkrecht durchdringen.

Ein derartiges Magnetfeld hat bekanntlich die Wirkung, daß Elektronenstrahlen innerhalb einer Ebene abgelenkt werden, die zu den Elektronenstrahlen senkrecht verläuft. Bei entsprechender Ausbildung des Magnetfelds einschließlich eines gegebenenfalls definierten räumlichen Verlaufs der Magnetfeldstärke lassen sich somit praktisch beliebige Bahnen des Strahlverlaufs innerhalb der genannten Ebene erzwingen. Weiterhin lassen sich durch zeitliche Veränderungen des Magnetfelds, gegebenenfalls durch periodische Oszillation des Erregerstroms bei Elektromagneten variable Bahnen erzeugen.

Es ist schließlich gemäß einer wiederum weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Reaktionskammer eine zylindrische Außenwand und einen zu dieser koaxialen Füllkörper aufweist, durch den ein kreisringförmiger Strömungsquerschnitt gebildet ist, und wenn die Elektronenstrahlqueilen im Bereich des Füllkörpers angeordnet sind.

Durch diese Maßnahme wird ein hohlzylindrischer Reaktionsraum erzeugt, der in besonders intensiver Weise von Elektronenstrahlen durchsetzt werden kann, so daß eine praktisch vollständige Umsetzung der Reaktanden ermöglicht wird.

Dabei kann der Füllkörper mit einer weiteren magnetischen Ablenkeinrichtung versehen sein, deren Feldlinienverlauf zu demjenigen der an der Reaktionskammer selbst angebrachten Ablenkreinrichtung spiegelsymmetrisch ist, wenn man dies im Hinblick auf eine axiale Schnittebene betrachtet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 9 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: einen Axialschnitt durch eine Elektronenstrahlquelle mit Druckstufenstrecke in Verbindung mit einer Reaktionskammer

(Prinzipdarstellung), Figur 2: einen Axialschnitt durch eine Reaktionskammer mit mehreren etwa tangential angesetzten Elektronenstrahlquellen entlang der Linie H-Il in Figur 3,

Figur 3: einen Radialschnitt durch den Gegenstand von Figur 2 entlang der Ebene E-E (Einschußebene), Figur 4: ein erstes Ausführungsbeispiel einer magnetischen Ablenkeinrichtung, Figur 5: ein zweites Ausführungsbeispiel einer magnetischen Ablenkeinrichtung anhand eines Schnittes entlang der Linie V-V in Figur 6,

Figur 6: eine Draufsicht auf den Gegenstand von Figur 5, Figur 7: eine Variante des Gegenstandes nach Figur 2 mit einem eingesetzten Füllkörper sowie mit zwei magnetischen Ablenkeinrichtungen,

Figur 8: einen Schnitt durch den Gegenstand von Figur 7 entlang der radialen Ebene E-E (Einschußebene), und Figur 9: einen Teilausschnitt aus Figur 3 mit einem unter einem definierten Winkel zur Tangente T eingesetzten Elektronenstrahlquelle.

In Figur 1 ist eine Elektronenstrahlquelle 1 herkömmlicher Bauart dargestellt, die ein Gehäuse 2 aufweist, welches durch Trennwände 3 und 4 in drei Kammern 5,6 und 7 unterteilt ist. Die Kammern sind durch Saugleitungen 8,9 und 10 getrennt und gegebenenfalls auf unterschiedliche Drücke evakuierbar, wobei der niedrigste Druck im allgemeinen in der Kammer 5 erzeugt wird.

Inder Kammer 5 ist innerhalb einer strahlformenden Elektrode 11 (Wehnelt-Zylinder) eine direkt geheizte Katode 12 angeordnet. Hochspannung und Heizspannung werden dem Elektrodensystem durch Leitungen 13,14 und 15 zugeführt. Die Katode 12 erzeugt während des Betriebes einen Elektronenstrahl 16, der entlang eines geradlinigen Strahlweges 16a verläuft. An den entsprechenden Durchtrittsstellen sind innerhalb des Gehäuses 2 und derTrennwände3und4enge Durchtrittsöffnungen 17 und 18 so angeordnet, durch die die Trennwände die Funktion von Lochblenden erhalten. Am unteren Ende der Elektronenstrahlquelle 1 befindet sich innerhalb einer Abschlußwand 19a eine weitere analoge Durchtrittsöffnung 19. Die Durchtrittsöffnungen bilden zusammen mit den Kammern 5,6 und 7 eine sogenannte Druckstufenstrecke, welche das Vakuum in der Kammer 5 gegenüber der Atmosphäre aufrechterhält, obwohl innerhalb der Durchtrittsöffnungen keinerlei aus fester Materie bestehenden Trennwände vorhanden sind. Die Trennwand 3 hat zusätzlich die Funktion einer Beschleunigungsanode. In der Kammer 7 ist eine Fokussierungslinse 20 angeordnet, durch die der Elektronenstrahl seinen zunächst schlanken Verlauf erhält.

Aus der Durchtrittsöffnung 19 tritt der Elektronenstrahl 16 aus und hat aus den weiter oben angegebenen Gründen die Tendenz einer Strahlaufspreizung, wobei der halbe Spreizwinkel mit „α" bezeichnet wird, der volle Spreizwinkel also „2a" beträgt. Größenordnungsmäßig kann der volle Spreizwinkel mit etwa 10 bis 20 Grad angegeben werden, wenn der Elektronenstrahl in eine Gasatmosphäre mit einem Druck zwischen 1 bar und 5 bar beträgt.

Diese Gasatmosphäre, im vorliegenden Fall das weiter oben angegebene Reaktionsgemisch befindet sich in einer nur schematisch dargestellten Reaktionskammer 21, die mittels einer unverschlossenen Öffnung 22 an die Elektronenstrahlquelle 1 angeflanscht ist. Die erforderlichen Gasleitungen für die Reaktanden sowie für die Abfuhr der Reaktionsprodukte sind der Einfachheit halber fortgelassen. Die Erfahrung zeigt, daß bei Beschleunigungsspannungen an der Katode 12 zwischen 100 und 200 kV die Reichweite des Elektronenstrahls 16 in der Reaktionskammer 21 etwa 50 cm bis 1 m je nach Beschleunigungsspannung und Strahlleistung beträgt.

In den Figuren 2 und 3 ist eine Reaktionskammer 21 mit einem Kreisquerschnitt dargestellt, d. h. die Reaktionskammer 21 besitzt auf mindestens einem Teil ihrer Länge eine zylindrische Außenwand 22. Die Reaktionskammer 21 ist mit einem Eintrittsstutzen 23 für das Rauchgas und einem Austrittsstutzen 24 für die Reaktionsprodukte versehen. Unmittelbar oberhalb des Eintrittsstutzens 23 befindet sich eine ringförmige Verteileinrichtung 25 für das gasförmige Reaktionsmittel (Ammoniak), jedoch kann das Reaktionsmittel dem Rauchgas auch an einer weiter stromaufwärts gelegenen Stelle und durch eine anders ausgebildete Verteileinrichtung zugeführt werden. Um eine möglichst homogene Verteilung der Reaktanden zu erreichen, ist im Strömungsweg eine über eine Welle 26 antreibbare Verwirbelungseinrichtung 27 angeordnet, die dem Reaktionsgemisch zusätzlich eine Drallströmung aufzwingt. Das Reaktionsgemisch tritt nachfolgend in eine zur vertikalen Längsachse der Reaktionskammer 21 radiale Ebene E-E ein, die nachfolgend auch als „Einschußebene" für die Elektronenstrahlen bezeichnet wird.

Wie sich insbesondere aus Figur 3 ergibt, sind insgesamt vier Elektronenstrahlquellen 1 in äquidistanter Verteilung in der Einschußebene E-E um die Reaktionskammer 21 herum angeordnet. Die Strahlwege 16a, die hierdurch strichpunktierte Linien angedeutet sind, verlaufen im Bereich des Austritts des Elektronenstrahls 16 aus der Druckstufenstrecke, d.h. aus der Durchtrittsöffnung 19 im wesentlichen parallel zu jeweils einer Tangente T, von denen in Figur 3 nur eine dargestellt ist. Allerdings verlaufen die Strahlwege 16a nicht durch die Mitte M des Kreisquerschnitts, sondern seitlich versetzt in Richtung auf die Innenfläche 22a der zylindrischen Außenwand 22. Durch die bereits beschriebene Spreizung des Elektronenstrahls, dessen Divergenzwinkel durch gestrichelte Linien angedeutet ist, ergibt sich in Umfangsrichtung und entgegen dem Uhrzeigersinn ein nahezu geschlossenes Bahnenfeld von Elektronenstrahlen, das sich ohne Zuhilfenahme von Ablenkeinrichtungen, auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden wird, etwa in Richtung der gestrichelten Linien der Divergenzwinkel fortsetzen würde. Durch die Anwendung der nachstehend noch näher beschriebenen Ablenkeinrichtungen wird jedoch in sinnvoller Weise verhindert, daß die Elektronenstrahlen auf die Außenwand 22 auftreffen und dort eine unerwünschte Erwärmung verursachen.

Es ist nicht erforderlich, daß sämtliche Elektronenstrahlquellen 1 in einer einzigen Einschußebene E-E angeordnet sind, wie sich dies aus Figur 2 ergibt, vielmehr körinen auch mehrere Ebenen angeordnet werden, wobei allerdings auch die Anzahl der Ablenkeinrichtungen entsprechend vervielfacht werden muß. Die Anzahl der Ebenen E-E ergibt sich im wesentlichen aus der durchzusetzenden Rauchgasmenge bzw. aus der Geschwindigkeit des Rauchgases einerseits und aus dem geforderten Reinheitsgrad der an die Atmosphäre austretenden Abgase andererseits.

Der Austrittsstutzen 24 führt zu einer hier nicht dargestellten Abscheidevorrichtung, in der die pulverförmigen Reaktionsprodukte, beispielsweise Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat, abgeschieden werden.

Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer magnetischen Ablenkeinrichtung 28, das in der genannten Einschußebene E-E an der Innenfläche 22a der Reaktionskammer 21 angeordnet ist. Die Ablenkeinrichtung 28 besteht aus einem im wesentlichen kreisringförmig geschlossenen Magnetjoch 29, das in radial einwärts gerichtete Polschuhe 30 mit entsprechenden Polflächen 31 endet. Zwischen den Polschuhen 30 befindet sich eine zylindrische Erregerspule 32 für die Erzeugung eines magnetischen Flusses in dem aus ferromagnetischem Werkstoff bestehenden Magnetjoch 29. Dadurch entsteht ein Magnetsystem mit einem kreisringförmig geschlossenen Nordpol N und einem in Achsrichtung versetzten ebenso kreisringförmig geschlossenen Südpol S. Der wesentliche Teil der sich dabei einstellenden magnetischen Kraftlinien ist gestrichelt angedeutet.

Die Figuren 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer magnetischen Ablenkeinrichtung 36. Auch diese besitzt ein kreisringförmig geschlossenes Magnetjoch 33, jedoch sind die Polschuhe 34 über einzelne, auf dem Umfang äquidistant verteilte und aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende Stege 37 mit den Polschuhen 34 verbunden. Die Stege 37 sind mit zwei weiteren Ebenen übereinander angeordnet und tragen jeweils eine eigene Erregerspule 38, die jeweils an eine eigene Stromquelle anschließbar ist. Die Polschuhe 34 können auf dem Gesamtumfang kreisringförmig geschlossen ausgebildet sein, wie dies in der linken Hälfte von Figur 6 dargestellt ist. Die Polschuhe 34 können aber auch auf dem Umfang durch Trennfugen bzw. Luftspalte 39 unterbrochen sein, wie dies in der rechten Hälfte von Figur 6 dargestellt ist. Durch diese Maßnahme sowie durch unterschiedlich starke Erregerströme in den einzelnen Erregerspulen 38 lassen sich auf dem Umfang differenzierte Magnetfelder erzeugen, so daß der weiter oben beschriebene Verlauf der Elektronenstrahlbahnen örtlich gezielt beeinflußbar ist. Auch hier ist der wesentliche Teil der sich einstellenden Magnetfeldlinien gestrichelt dargestellt. In den beiden dargestellten Fällen besteht die Ablenkeinrichtung 28 bzw. 36 jeweils aus einem rotationssymmetrischen Magnetsystem, bei dem die erzeugten Magnetfeldlinien die Einschußebene E-E, in der die Bahnen der Elektronenstrahlen verlaufen, im wesentlichen senkrecht durchdringen. Wie sich aus den Figuren 4 und 5 weiterhin ergibt, weist jede der Ablenkeinrichtungen 28 bzw. 36 ringförmige Polflächen 31 bzw. 35 auf, die in Achsrichtung der Reaktionskammern einen Abstand voneinander aufweisen. Dadurch wird zwischen den Polflächen ein Magnetfeld erzeugt, das einen ringförmig geschlossenen Ausschnitt aus mindestens einer Torusfläche bildet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 besitzt die Reaktionskammer 21 eine größere axiale Länge, und in ihr ist ein torpedoförmiger Füllkörper 40 koaxial untergebracht. Hierdurch wird ein kreisringförmiger Strömungsquerschnitt gebildet, und die Elektronenstrahlquellen 1 (in Figur 7 nicht dargestellt) sind im Bereich des Füllkörpers 40 angeordnet. Es ist lediglich die Einschußebene E-E angedeutet, die gleichzeitig die Symmetrieebene für die magnetische Ablenkeinrichtung 36 bildet, die mit derjenigen in den Figuren 5 und 6 übereinstimmt. Die Wände von Reaktionskammer und Füllkörper können, wenn sie aus ferromagnetischem Material bestehen, in die Leitung des magnetischen Flusses der Ablenksysteme jeweils mit einbezogen werden.

Der Füllkörper 40 ist durch radiale Streben 41; 42 in der zylindrischen Außenwand 22 befestigt, wobei die stromaufwärtsgelegenen Streben 41 als Leiteinrichtungen für die Erzeugung einer Drallströmung ausgebildet sind. Hierdurch läßt sich ebenso wie durch die angetriebene Verwirbelungseinrichtung 27 den Reaktanden eine Drallströmung aufzwingen, die eine Verbesserung der Wechselwirkung mit den Elektronenstrahlen mit sich bringt. Der Antriebsmotor für die Verwirbelungseinrichtung 27 ist im Innern des Füllkörpers 40 untergebracht.

Am Füllkörper 40 ist eine weitere magnetische Ablenkeinrichtung 43 befestigt, deren Magnetfeldlinien zu den gegenüberliegenden Magnetfeldlinien der an der Innenfläche 22a befestigten Ablenkeinrichtung 36 spiegelsymmetrisch verlaufen. Die Spiegelsymmetrie gilt jeweils in bezug auf eine axiale Schnittebene, und zwar sowohl rechts als auch links des Füllkörpers 40.

Figur 8 zeigt den Einfluß von magnetischen Ablenkeinrichtungen gemäß den Figuren 4 bis 6 auf den räumlichen Verlauf der Elektronenstrahlbahnen innerhalb der Einschußebene E-E. Es ist erkennbar, daß sich ein Teil der Elektronenstrahlen auf kreisförmigen Bahnen ein anderer Teil auf spiralförmigen Bahnen bewegt, ohne daß hierbei die zylindrische Außenwand 22 oder der Füllkörper 40 von den Elektronen getroffen würde. Es ergibt sich insbesondere aus Figur 8, daß durch die gewählte Anordnung der Kreisringquerschnitt zwischen der Außenwand 22 und dem Füllkörper 40 durch die Elektronenbahnen weitgehend ausgefüllt ist. Die Anordnung nach Figur 8 ist mit nur zwei Elektronenstrahlquellen 1 ausgestattet. Wenn man sich die Anordnung jedoch durch zwei weitere, um 90 Grad versetzte Elektronenstrahlquellen ergänzt denkt, die in der gleichen oder in einer weiteren Einschußebene E-E angeordnet sein können, so ergibt sich, daß das Reaktionsgemisch unvermeidbar durch die Elektronenbahnen hindurchbewegt wird, so daß es zu einer intensiven Einwirkung der Elektronen auf das Reaktionsgemisch kommt. Je nach den Anforderungen an die Reinigungswirkung kann sich die Anzahl der Einschußebenen E-E vielfach wiederholen.

Figur 8 ist auch zu entnehmen, daß die Elektronenstrahlquellen 1 in herkömmlicher Weise mit einer Stromversorgungseinrichtung 44 verbunden sind.

Es ist auch nicht erforderlich, elektromagnetische Ablenkeinrichtungen nach den Figuren 4 bis 6 zu verwenden, sondern es können auch elektrostatische Ablenkeinrichtungen verwendet werden, die dann als Reflektor dienen, wenn sie auf ein entsprechend hohes negatives Potential gelegt werden. Wegen der damit verbundenen Spannungsisolierung ist jedoch in aller Regel den magnetischen Ablenkeinrichtungen der Vorzug zu geben.

Figur 9 ist noch eine alternative Anordnung einer Elektronenstrahlquelle 1 zu einer Tangente T an den Kreisquerschnitt der Reaktionskammer 21 zu entnehmen. Wie zu erkennen ist, ist der Strahlweg 16a im Bereich des Austritts des Elektronenstrahls 16 aus der Druckstufenstrecke um den halben Divergenzwinkel „α" des Elektronenstrahls zur Tangente T nach innen geneigt. Dadurch wird erreicht, daß dem Elektronenstrahl bereits zu Beginn seines Laufweges eine Richtung erteilt wird, die von der zylindrischen Außenwand 22 weg führt.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von schwefel- und stickstoffhaltigen Rauchgasen durch Zufuhr von gasförmigen Reaktionsmitteln, vorzugsweise von Ammoniakgas, und durch Umsetzen der Rauchgase mit den Reaktionsmitteln in einer von den Reaktanden durchströmten Reaktionskammer bei Drücken zwischen 1 und 5bar unter Einwirkung von Elektronenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektronenstrahlen aus dem in der Strahlquelle benötigten Vakuum durch mindestens eine, den Strahlweg umgebende Druckstufenstrecke in die Reaktionskammer einschießt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in einer Reaktionskammer mit Kreisquerschnitt durchführt und Elektronenstrahlen mehrerer Strahlquellen im wesentlichen parallel zu je einer Tangente an den Kreisquerschnitt, aber außerhalb der Mitte des Kreisquerschnitts einschießt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektronenstrahlen auf im wesentlichen azimutalen Bahnen durch den Kreisquerschnitt führt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Rauchgas eine Drallströmung aufzwingt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Reaktionskammer und mehreren Elektronenstrahlquellen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Reaktionskammer (21) einen Kreisquerschnitt aufweist und

b) die Elektronenstrahlquellen (DjeeinedenStrahiweg (16a) umgebende Druckstufenstrecke (17, 18,19) aufweisen, durch die der Elektronenstrahl (16) unbehindert durch feste Materie in die Reaktionskammer (21) einschießbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlquellen (1) in äquidistanter Verteilung in mindestens einer Ebene (E-E) um die Reaktionskammer (21) herum angeordnet sind und daß der Strahlweg (16a) im Bereich des Austritts des Elektronenstrahls (16) aus der Druckstufenstrecke (17,18,19) im wesentlichen parallel zu einerTangente (T) an den Kreisquerschnitt, aber außerhalb dessen Mitte (M) verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der mindestens einen Ebene (E-E) an der Innenfläche (22a) der Reaktionskammer (21) eine Ablenkeinrichtung (28,36) für die Elektronenstrahlen (16) angeordnet ist, durch die die Elektronenstrahlen auf kreis- oder spiralförmigen Bahnen um den Mittelpunkt (M) des Kreisquerschnitts der Reaktionskammer (21) führbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (36) derart ausgelegt ist, daß das Profil der Elektronenstrahlen auf ihrem Weg veränderbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlweg (16a) im Bereich des Austritts des Elektronenstrahls (16) aus der Druckstufenstrecke (17,18,19) um den halben Divergenzwinkel des Elektronenstrahls zur Tangente nach innen geneigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (28,36) aus einem rotationssymmetrischen Magnetsystem besteht, durch das Magnetfeldlinien erzeugbar sind, die die mindestens eine Ebene (E-E), in der die Bahnen der Elektronenstrahlen verlaufen, im wesentlichen senkrecht durchdringen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (28, 36) ringförmige Polflächen (31, 35) aufweist, die in Achsrichtung der Reaktionskammern einen Abstand voneinander aufweisen, derart, daß zwischen den Polflächen ein Magnetfeld erzeugbar ist, das einen ringförmig geschlossenen Ausschnitt aus einer Torusfläche bildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldstärke der Ablenkeinrichtung (28,36) in Richtung der Bahnen der Elektronenstrahlen veränderbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (21) eine zylindrische Außenwand (22) und einen zu dieser koaxialen Füllkörper (40) aufweist, durch den ein kreisringförmiger Strömungsquerschnitt gebildet ist und daß die Elektronenstrahlquellen (1 ).im Bereich des Füllkörpers (4Ö) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (40) mit der Reaktionskammer (21) durch etwa radiale Streben (41 (verbunden ist, die als Leiteinrichtungen für die Erzeugung einer Drallströmung ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Füllkörper (40) mindestens eine weitere magnetische Ablenkeinrichtung (43) angeordnet ist, deren Magnetfeldlinien, in einer axialen Schnittebene gesehen, zu dem gegenüberliegenden Magnetfeldlinien der an der Innenfläche (22a) der Reaktionskammer befestigten Ablenkeinrichtung (36) spiegelsymmetrisch verlaufen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer (21) eine antreibbare Verwirbelungseinrichtung (27) angeordnet ist.