DE1001241B - Verfahren zur Durchfuehrung von Wirbelschichtprozessen, an denen gleichzeitig Gase,Feststoffe und Fluessigkeiten beteiligt sind, vorzugsweise zur Entstaubung von Gasenmit Waschfluessigkeiten - Google Patents

Description

• Verfahren zur Durchführung von Wirbelschichtprozessen, an denen gleichzeitig Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten beteiligt sind, vorzugsweise zur Entstaubung von Gasen mit Waschflüssigkeiten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung physikalischer und chemischer Prozesse, an denen Gase, Flüssigkeiten und Feststoße gleichzeitig beteiligt sind, vorzugsweise zum Entstauben von Gasen mit Hilfe von Flüssigkeits-Feststoff-Suspensione. Üblicherweise werden Gase mit Flüssigkeiten in mit Fül. lkörpern ausgesetzten Waschtürmen oder in Apparaten vom Typ des Venturi-Scrubbers behandelt, in die ein Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit injektorartig eingedust wird. Während d) ie Waschtürme im Gegenstrom betrieben werden und daher nur für relativ kleine Gasgeschwindigkeiten zulässig sind und demgemäß einen geringen Wirkungsgrad haben, können bei Injektor-Scrubbern Gasgeschwindigkeiten bis zu 100 m/sec eingehalten werden.
• Diese letztgenannten Apparate erlauben bei entsprechendem Druckverlust einen Abscheidungsgrad von bis zu u 99% abgeschiedenen Staub. Hingegen ist eine größere Anreicherung des Feststoffes im abgestoßenen Sahlamm nicht möglich, Feststoffgehalte von etwa 10 kg/m3 sind die Regel, und höhere Feststoffgehalte als etwa 50 kg/m3 können nicht eingehalten werden. Auch bei Füllkörpertürmen sind wegen der Verstopfungsgefahr keine wesentlich höheren Schlammkonzentrationen zu erreichen.
• Die Besei, tigung dieser großen Schlammenge dst ein schwerwiegendestechnischesProblem,dasauchvom Standpunkt des öffentlichen Interesses aus (hoher Was, serverbrauch, Vorfluterverschmutzung) dringend einer Abhilfe bedarf. Auch wäre dvile Nutzbarmachung des im Schlamm enthaltenen Feststoffes bei höheren Konzentrationenhäufignochwirtschaftlichmöglich, wenn derselbe Stoff in geringeren Konzentrationen nicht mehr wirtschaftlich aufgearbeitet werden kann.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das es gestattet, chemische und physikalische Prozesse, an denen gleichzeitig Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe beteiligt sind, mit einem bisher unbekannt hohen Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis durchzuführen, und das insbesonderezumAuswaschenvon Staub aus Gasen mit Hilfe von Waschflüssigkeiten besondere Vorteile bietet. Für dieses Anwendungsgebiet des Verfahrens bietet es den Vorteil, daß Absdheidungswirkungsgrade erreicht werden können, die dem bestenbisher Bekannten mindestens ebenbürtig und teilweise sogar überlegen sind, während der mit der Flüssigkeit ausgewaschene Feststoff in einer Konzentration anfällt, die um ein Vielfaches höher i, st als die bisher maximal erreichbare.
• Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß das zu behandelnde Gas durch eine wirbelnde Sohlammsuspension hindurchgeführt wird. Es wurde gefunden, daß beim Wirbeln einer solchen Suspension eine sehr gute Phasentrennung zwischen Gas und Feststoff erfolgt und daß in der Suspension sehr hohe Anreicherungen an Feststoff nicht nur zulässig, sondern sogar vorteilhaft sind.
• Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung schematisch und beispielsweise näher erläutert.
• In Abb. 1 stellt 1 die wirbelnde Schlammsuspension dar, die über dem Rost 2 wirbelt. Die Roststabe sind vorzugsweise so ausgefiihrt, dlaß sie nach oben zugespitzt sind und die wirbelnde Suspension auf Luftpolstern ruht. Der Schlamm tropft teilweise durch den Rost 2, sammelt sich unterhlb desselben bei 4 an und wird durch die Pumpe 5 wieder auf die Suspension aufgegeben. Bei 3 tritt das zu behandelnde Gas ein und das behandelte Gas bei 6 a. us. Bin Rückführzyklon 7 für die Abscheidung mitgerissener Flüssigkeit ist zwar nicht immer notwendi, g, aber häufig sehr zweckmäßig.
• Die Gasbelastung wird so eingestellt, daß pro m2 Querschnitt ungefähr 7000 m3/h Gas passieren. Der freie Rostquerschnitt soll an den engsten Stellen ungefähr 10% des Gesamtquerschnittes betragen.
• Die Schlammkonzentration wird dadurch auf eine konstante Hohe edngesteLlt,da.ßperiod.isohoder kontinutierliohbei 8 reine Flüssigkeit zugesetzt und bei 9 ein äquivalenter Teil des Schlamms abgezogen wird.
• Die maximal erreichbare Schlamkonzentration hängt von der Natur des abzuscheidenden Stoffes ab und wird vorzugsweise so gewählt, daß der Schlamm gerade noch pumpbar ist. Diese Forderung entspricht bei Stäuben aus Eisenoxyd einer Feststoffkonzentration von 1 bis 1,5 t Feststoff/m3, bei feinstkolloidalen Hüttenrauchen, z. B. Al2O3, beträgt sie aber immer noch rund 300 kg/m3, ist also immer noch wesentlich hoher als nach den bekannten Verfahren erreichbar.
• Der gewünschie Abscheidungsgrad kann durch Variieren der Höhe des Wirbelbettes eingestellt werden.
• Bei einer Höhe von 200 mm ist in den meisten Fällen ein Abschcidungsgrad von über 97% errichbar.
• Da das ernndungsgemäße Verfahren eine gute Trennung von Gas einerseits und dem aus Flüssigkeit und Feststoff bestehenden Schlamm andererseits unter Einhaltung einer besonders hohen Schlammkonzentration ermöglicht, eignet es stich a-uch zur Durchführung von chemischen Reaktionen, an denen Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe gleichzeitigbeteiligt sind.
• Ein solcher Prozeß ist die an sich bekannte Reaktion SO2+1/2 O2+H2O#H2SO4 unter Verwendung von Aktivkohle als Katalysator, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in besonders vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann. Hierbei wird lediglich der Schlamm nicht durch Abscheidung von Feststoff aus dem Gas, sondern durch Au. fschlämmung von Aktivkohle in wäßriger Schwefelsäure hergestellt. Dementsprechend wird in diesem Fall bei 8 reines Wasser zugeführt und der bei 9 abgezogene Schlamm durch Absetzen, Zentrifugieren oder Filtrieren in Schwefelsäure und d Kohle zerlegt, welch letztere wieder in den Prozeß zurückgeführt wird, vorzugsweise in Aufschlämmung mit reinem Wasser bei 8.
• Das geschilderte Verfahren ist auch für andere Prozessegeeignet,beidenengleichzeitigdie Einwirkung von Flüssigkeit und Gas auf einen Feststoff erwünscht ist, vie z. B. für d, ie oxydierende Laugung von Uranerzen. Auch kann etwa der bei der sulfatisierendenRöstung nach dem Wirbelschichtrösterfahren anfallende Staub in einem derartigen Schlammwäscher nicht nur abgeschieden, sondern auch gleichzaitig aus ihm die durch Sulfatation löslich gewordene Komponente ausgelaugt werden.
• Eine andere zur Durchführung des Verfahrens geeignete. vorzugsweise verwendete Vorrichtung, die ohne Rost arbeitet, ist in Abb. 2 dargestellt. 1 ist wieder die wirbelnde Schlammsuspension, die in einem diffusorartig gestalteten Gefäß 10 aufrechterhalten wird. Dieses Gefäß wird im Gegensatz zu den üblichen Venturiwäschernnichtmit der für reine Gasströmung üblichen Erweiterung ausgebildet, sondern besitzt nur ein relativ kurzes Anlaufstück 11 von etwa 12° Offnungswinkel. welches sich nach oben zu entweder kontinuierlich oder in Absätzen bis zu Öffnungswinkeln von 90° und mehr erweitert. Die Zunahme der Erweiterung wird so vorgenommen, daß die Gasströmung über eine solche Höhe des Apparats nicht von der Wand abreißt, bis zu der die wirbelnde Suspension n aufrechterhalten werden soll. Das zu behandelnde Gas tritt bei 3 ein und verläßt, gegebenenfalls über einen Rückführzyklon 7, den Apparat bei 6. Die Suspension regnet dauernd nach unten aus, sammelt sich bei 4 und wird von der Pumpe 5 im Kreislauf wieder aufgegeben. Die frische Waschflüssigkeit kann bei 8 zugeführt und ein äquivalenter Anteil des Schlammes bei 9 abgeführt werden. Die Gasgeschwindigkeiten in der Einlaufdüse sind zweckmäßig je nach Konsistenz des Schlamms zwischen 20 und 40 m/sec zu halten.
• Der Querschnitt der Einlaufdüse wird bei Vergrößerung des Apparats nicht proportional der Belastung vergrößert, sondern etwas schwächer, vorzugsweise mit etwa der 0, 8en Potenz der Belastung.
• Die Länge des Anlaufstückes beträgt z. B. für einen Apparat, der 2 m3 Gas/sec verarbeitet, round l m. Bei Vergrößerung oder Verkleinerung der Durchsatz- lei'stung wird die Länge dieses Anfahrstückes mit der sechsten Wurzel aus der Belastung verändert.

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Durchführung von Wirbelschichtprozessen, an denen gleichzeitig Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten beteiligt sind, vorzugsweise zur Entstaubung von Gasen mit Wasch-Süssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit so hoher Geschwindigkeit durch eine schlammförmige, pumpbare Suspension des Feststoffes in der Flüssigkeit in der Weise hindurchgeleitet wird, daß die Schlammsuspension vom Gas im wirbelnden Zustand gehalten wird.
2. 2. Verfahren nachAnspruchl,dadurch gekennzeiohnet, daß der Feststoffgehalt des Schlammes knapp unterhalb der Grenze der Pumpbarkeit gehalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt des Schlamms hoher als 100 kg/m3, vorzugsweise auf 300 bis 1500 kg/m3, gehalten wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruah 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammkonzentration, gegebenenfalls nach einer gewissen Anfahrzeit, durch Kreislaufführung unter kontinuierlicher oder periodischer Entfernung eines Teils des Schlammes, und Ersetzen durch frische Waschflüssigkeit auf einer konstanten Höhe gehalten wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch l bis 4, daduroh gekennzeichnet, daß ein Wirbelschichtreaktor mit einem Rost (2) mit nach oben zu spitz verlaufenden Roststäben verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß ein Rost verwendet wird, dessen freier Rostquerschnitt an den engsten Stellen 10% des Gesamtquerschnittes beträgt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnget, daß ein Wirbelschichtreaktor verwendet wird, der einen rostlosen, diffusorartig sich nach oben erweiternden Reaktionsraum aufweist,
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, d, adurch gekennzeichnet, daß clie Länge des Anlaufstückes (11) für einen Durchsatz von 2 m3 Gas/sec 1 m ist und für größere Belastungen proportional der sechsten WurzelausderBelastungverlängertwird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaseinlaufdüse eine Gasgeschwindigkeit von etwa 20 bis 40 m/sec eingehalten wird und Belastungssteigerungen in der Weis, se erfolgen, daß der Querschnitt der Gaseinlaufdüse weniger als proportional der Belastungssteigerung, vorzugsweise etwa mit der 0, 8en Potenz der Belastungssteigerung vergrößert wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasbelastung von etwa 7000 m3/m2 h eingestellt wird.

    In Betracht gezogene Druckschriften : Deutsche Patentschriften Nr. 578 710, 444 847 ; f zösische Patentschriften Nr. 1 029 574, 979 147 ; USA.-Patentschriften Nr.. 2 506 317, 2 576 858, 2 503 291 ; belgisdhe Patentschrift Nr. 508 599 ; Kausch, »Die Kontaktstoffe der katalytischen Herstellung von Schwefelsäure, Ammoniak und Salpetersäure «, 1931, S. 69.